CN101212211B - 双工器和通信设备 - Google Patents

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Abstract

一种双工器包括压电基底、发射滤波器和接收滤波器。发射滤波器包括具有第一谐振器群的梯形滤波器，该滤波器具有一个或多个串联臂中的一个或多个谐振器，以及一个或多个并联臂中的一个或多个谐振器。接收滤波器具有比发射滤波器的通带高的通带，并且包括第二谐振器群，该接收滤波器具有一个或多个串联臂中的一个或多个谐振器，以及一个或多个并联臂中的一个或多个谐振器。节点连接发射滤波器和接收滤波器。并联臂中最接近所述节点的接收侧最接近的谐振器比串联臂中最接近所述节点的谐振器更加接近所述节点，并且接收侧最接近的谐振器的谐振频率低于所述发射滤波器的通带。

Description

双工器和通信设备
技术领域
本发明涉及主要用于移动通信的通信设备；具体地说，本发明涉及安装在其中的双工器。
背景技术
近来，随着移动通信终端倾向于越来越多功能化、多频带化，构成所谓RF(射频)前端的组件的数量越来越大。另一方面，仍然需要保持移动通信终端体积小，重量轻。
此外，在移动通信终端的组件中，频繁地在射频级和IF(中频)级使用滤波器。这些滤波器应当满足低损耗，良好的带外衰减特性和宽频带要求。
在移动通信终端中，双工器是就安装在天线下的组件。
双工器是通过连接具有不同频率通带的多个滤波器形成的。为了满足缩小器件尺寸的要求，近来人们采用声表面波滤波器来制造双工器。
此外，人们提出了用声表面波双工器来提高隔离特性，同时抑制插入损耗，其中，用梯形滤波器形成的发射滤波器第一级上的谐振器是一个并联谐振器，它的电容被设定为小于并联臂上其它谐振器电容的一半(例如，见国际公布WO 2004/112246)。
图4说明双工器D10的结构，作为常规双工器的一个实例。作为其基本元件，双工器D10包括：第一滤波器F50，第二滤波器F60，将滤波器F50和F60互相连接起来的公共电极500，以及与公共电极500连接的天线端子510。在图4所示的双工器D10中，第一滤波器F50是允许发射频带通过的滤波器(以后也称为“Tx滤波器”)，第二滤波器F60是允许接收频带通过的滤波器(以后也称为“Rx滤波器”)。
此外，第一滤波器F50是一个梯形滤波器，由多个串联谐振器F50s和并联谐振器F50p形成；第二滤波器F60是一个梯形滤波器，由多个串联谐振器F60s和并联谐振器F60p形成。更进一步，每个并联谐振器F50p都通过电感器L502接地，而每个并联谐振器F60p都通过电感器L503接地。
天线端子510收到的信号(接收信号)通过第二滤波器F60(Rx滤波器)和接收端子530发送给接收机电路(未画出)。此外，来自发射机电路(未画出)的信号被输入到发射端子520，然后通过第一滤波器F50(Tx滤波器)发送到天线端子510。
但是，大家知道，发射信号不仅通过公共电极500由天线端子510传输，还会向接收机电路泄漏(也就是朝向Rx滤波器)。因此，除了上述基本组件以外，双工器D10在天线端子510和公共电极500之间还有匹配电路L501。匹配电路L501通常由单个电感器形成。
此外，在按照上述方式用单个电感器构成匹配电路，来满足接收频带应该在比发射频带频率更高的频率范围内这样一个通信标准的情况下，将双工器构成为使得Rx滤波器中最接近天线的谐振器是一个串联谐振器。在图4中，串联谐振器F60s1是上面提到的那一个。
此外，为了抑制信号向接收机电路泄漏，还需要Tx滤波器在接收频带内具有高衰减特性。
满足这一要求的一般做法是将电感器L502连接在第一滤波器F50中并联谐振器F50p和地之间，就象图4所示的双工器D10一样。
但是，在这种结构中，在远离接收频带的频带内，发射信号的衰减特性变差。这会带来问题，尤其是发射频带低端附近频率的衰减特性会变差。也就是说，输入发射信号的时候，具有发射频带低端附近频率分量的不想要的信号会流向天线端子。
图5说明一种双工器D20的结构，人们用它来解决以上问题。双工器D20与双工器D10一样具有相同的组件，除了每个并联谐振器F50p与每个电感器L502a相连这一点不同以外。
发明内容
本发明是在考虑到上述问题的情况下作出的，其目的是提供一种具有优良衰减特性的双工器。具体地说，其目的是提供一种双工器，不仅在接收通带内，还在低于发射通带的频带内，对发射信号具有高衰减特性。其目的还在于还提供包括这种双工器的通信设备。
根据本发明的一个方面，一种双工器包括压电基底、发射滤波器、接收滤波器和第一电感器。发射滤波器包括具有第一谐振器群的梯形滤波器，该第一谐振器群包括一个或多个串联臂中的一个或多个谐振器；以及一个或多个并联臂中的一个或多个谐振器。接收滤波器具有比所述发射滤波器的通带高的通带，并且包括第二谐振器群，该第二谐振器群包括一个或多个串联臂中的一个或多个谐振器；以及一个或多个并联臂中的一个或多个谐振器。一个节点连接所述发射滤波器的发射侧端部和所述接收滤波器的接收侧第一部分。在所述第二谐振器群中并且最接近所述并联臂中所述节点的接收侧最接近的谐振器，比所述第二谐振器群中并且最接近所述串联臂中天线的谐振器，更加接近所述节点，并且所述接收侧最接近的谐振器的谐振频率低于所述发射滤波器的通带。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的上述特征将会非常清楚，在这些附图中：
图1A和1B说明第一实施例中的双工器D1；
图2是第二实施例中双工器D2的电路图；
图3A和3B用于说明第三实施例中的双工器D3；
图4说明作为常规双工器一个实例的双工器D10的结构；
图5说明作为常规双工器一个实例的双工器D20的结构；
图6从原理上说明通信设备100的结构；
图7说明实现例1和比较例1中双工器发射通带附近的衰减特性；
图8说明实现例2和比较例1中双工器发射通带附近的衰减特性；
图9说明实现例3和比较例1中双工器发射通带附近的衰减特性；
图10说明实现例4和比较例1中双工器发射通带附近的衰减特性；以及
图11说明实现例5和比较例2中双工器发射通带附近的衰减特性。
具体实施方式
在这以后，将参考附图，描述本发明的双工器实施例。其中，相同的部件用相同的附图标记标出。此外，选择每个电极的尺寸(电极手指)、电极之间的距离、电极数量以及电极长度和宽度的目的仅仅是用于进行说明，实际的双工器不限于这些。
第一实施例
(双工器的原理结构)
图1A和1B用于说明本发明第一实施例中的双工器D1。更加具体地说，图1A是双工器D1的电路图，图1B是说明谐振器代表性结构的顶视图，用这种谐振器形成双工器D1。双工器D1的结构是这样的，其中连接发射端子20的发射滤波器F1和连接接收端子30的接收滤波器F2通过公共信号线连接到天线端子10。节点N1连接发射滤波器F1的发射侧端部和接收滤波器F2接收侧第一部分。节点N1还连接天线端子10。在图1A中，虚线表示双工器D1的区域，点划线分别表示发射滤波器F1和接收滤波器F2的区域。但是，在双工器D1中并不实际存在这些线条，其它附图中情况也是如此。
在具有上述结构的双工器D1中，通过接收滤波器F2和接收端子30将天线端子10处收到的信号(也就是接收信号)发送给接收机电路(未画出)。此外，将从发射机电路(未画出)输入到发射端子20的信号(也就是发射信号)通过发射端子F1发送到天线端子10，然后从天线端子10发送出去。
发射滤波器F1包括多个谐振器(第一谐振器群)。更加具体地说，发射滤波器F1是一个梯形滤波器(第一梯形滤波器)，它由以下元件形成：通过将天线端子10和发射端子20互相连接起来的信号线串联的多个谐振器T1、T2、T4、T6和T8(也就是说，谐振器T1、T2、T4、T6和T8布置在串联臂上)，多个谐振器T3、T5和T7利用信号线并联(也就是说，谐振器T3、T5和T7布置在并联臂上)。同样，接收滤波器F2包括多个谐振器(第二谐振器群)，是一个梯形滤波器(第二梯形滤波器)，它由以下元件形成：在将天线端子10和接收端子30互相连接起来的信号线中串联的多个谐振器R2、R4、R6和R8(也就是说，谐振器R2、R4、R6和R8布置在串联臂上)，多个谐振器R1、R3、R5、R7和R9利用信号线并联(也就是说，谐振器R1、R3、R5、R7和R9布置在并联臂上)。
此外，在这个实施例中，将布置在串联臂上的谐振器叫做串联谐振器，将布置在并联臂上的那些叫做并联谐振器。还有，将双工器D1配置成使得接收滤波器F2的通带(也就是接收通带)是比发射滤波器F1的通带(也就是发射通带)频率高的频带。更进一步，将发射通带设定为包括发射频带(也就是要从发射机电路发送到天线的发射信号的频带)，将接收通带设定为包括接收频带(也就是要从天线发送到接收机电路的接收信号的频带)。
双工器D1是在特殊的压电基底S上形成的。双工器D1中的谐振器T1～T8和R1～R9是声表面波谐振器，其中每一个都有如图1B所示的IDT(叉指换能器)1和反射器2。IDT1具有一对梳状电极，在这些梳状电极上，形成多个电极手指(finger)，使得其长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。在IDT 1的两端形成反射器2，每个反射器2都具有栅格形电极，在这些栅格形电极上形成多个电极手指，使得其长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。
后面将详细描述双工器D1的制作过程。此外，还可以在设计中适当选择发射滤波器F1和接收滤波器F2中谐振器的数量和布局，每个谐振器中IDT里电极对的数量，以及反射器的交叉宽度和数量。也就是说，这些谐振器没有必要具有相同的对数、相同的交叉宽度和相同的谐振频率。
另外，还将用于阻抗匹配的一个电感器(第一电感器)L1放置在天线端子10和滤波器F1与F2之间，通过这个电感器L1，连接到天线的信号线与地连接。也就是说，双工器D1的结构使得天线端子10和连接到发射端子20的发射机电路之间的阻抗在接收通带内基本上是无穷大，而发射机电路和连接到接收端子30的接收机电路之间的阻抗在发射通带内基本上是无穷大。
更进一步，为了改善接收通带内的衰减特性，发射滤波器F1还包括一个电感器(第二电感器)L2，并联谐振器T3、T5和T7通过这个电感器与地连接。类似地，为了改善发射通带内的衰减特性，接收滤波器F2还包括一个电感器L3，并联谐振器R1、R3、R5、R7和R9通过这个电感器与地连接。
(发射信号在通带低端附近的衰减特性)
具有这个实施例上述结构的双工器D1具有如下特征：谐振频率低于发射通带的并联谐振器R1是接收滤波器F2的谐振器中最接近天线(也就是最接近天线端子10)的那个谐振器。在这以后，将并联谐振器R1叫做最接近的谐振器R1。
例如，如果双工器D1的发射通带包括从824MHz到849MHz的频率范围(这个频率范围是发射频带)，并且接收通带包括从869MHz到894MHz的频率范围(这个频率范围是接收频带)，那么最接近的谐振器R1的谐振频率最好是大约810MHz。
在发射端子20处输入，然后传送给发射滤波器F1的发射信号中，频率与双工器D1中最接近的谐振器R1的谐振频率接近的信号分量，倾向于通过最接近的谐振器R1流向地，这是由双工器D1中最接近的谐振器R1的存在而引起的。因此，能够改善双工器D1在发射通带低端附近频率上的衰减特性。也就是说，因为上述电感器L2的存在而有可能发生的发射信号在发射通带低端附近衰减特性变差的现象，能够通过进一步提供最接近的谐振器R1而加以抑制。
从另一个观点，还可以这样说，那就是通过改变接收滤波器F2的结构，而不改变发射滤波器F1的结构，来改善发射信号的衰减特性。
优选将最接近的谐振器R1配置成其中IDT里电极对的数量乘以图1B所示的交叉宽度w(将这个交叉宽度定义为一对梳状电极互相交叉的交叉部分的宽度)，小于接收滤波器F2中其它并联谐振器R3、R5、R7和R9的每一个中IDT里电极对的数量乘以其交叉宽度。例如，如果并联谐振器R3、R5、R7和R9的每一个中电极对的数量在80～120的范围之内，而它的交叉宽度在60微米到140微米的范围之内，那么，将最接近的谐振器R1中电极对的数量设定为80，将其交叉宽度设定为12微米就是合适的。在这里，并联谐振器R3、R5、R7和R9里电极对的数量乘以其交叉宽度在4800到16800对·微米的范围内，最接近的谐振器R1中电极对的数量乘以其交叉宽度是960对·微米，因此，满足上述条件。
在这种情况下，最接近的谐振器R1的电容分量小于其它并联谐振器R3、R5、R7和R9的电容分量，接收滤波器F2的阻抗在最接近的谐振器R1的谐振频率以外的频率范围内增大。因此，在输入发射端子20，传送给发射滤波器F1的信号中，最接近的谐振器R1的谐振频率以外的频率范围内的信号分量不那么容易通过最接近的谐振器R1流向地。也就是说，通过提供最接近的谐振器R1，发射通带内损耗的增大几乎被忽略。
此外，虽然用于图1中发射滤波器F1的并联谐振器的数量是3，但是通过仅仅提供单独一个最接近的谐振器R1就能够获得上述效果而不依赖于并联谐振器的总数。因此，与安装对应于并联谐振器的多个电感器用于获得上述衰减特性的常规情形相比，本实施例能够减少双工器尺寸的增大量。
因此，根据本实施例，能够提供一种双工器，在通带以外的频率范围内(特别是在比包括发射频带的通带低的频率范围内)，它具有高衰减特性，同时满足缩小器件尺寸的要求。
(双工器制造方法)
在这以后描述本实施例中双工器D1每一部分的材料及其制造方法。
通过利用图1B所示的声表面波谐振器，在压电基底S上形成谐振器，构成发射滤波器F1和接收滤波器F2，就能够制造出本实施例中的双工器D1。
优选将36°±10°的Y切口X传播LiTaO3单晶，64°±10°的Y切口X传播LiNbO3单晶，45°±10°的X切口Z传播Li2B4O7单晶之类用作压电基底S。这是因为它们的机电耦合系数很大，它们的群延迟时间的温度系数很小。特别是具有很高机电耦合系数的36°±10°的Y切口X传播LiTaO3单晶尤其适合。此外，在晶体的Y方向，切口角最好是在36°±10°的范围内。这样，能够获得满意的压电特性。
压电基底S的厚度优选在0.1～0.5毫米的范围之内。如果厚度小于0.1毫米，压电基底强度不够；如果厚度超过0.5毫米，材料成本会增加。另外，可以将经过了压缩处理的(reduction-treated)压电基底S用于减少可能因为热电效应引起的电极损坏。还有，还可以使用在其中添加了铁(Fe)的压电基底S，以便减少因为热电效应在电极中造成的损坏。
形成串联和并联谐振器中的每一个IDT1，使得一对梳状电极互相啮合，其中的串联和并联谐振器构成发射滤波器F1和接收滤波器F2。这些梳状电极有多个电极手指，它们的长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。电极手指可以用Al或基于Al-Cu、Al-Ti、Al-Mg、Al-Cu-Mg之类的Al合金制成。此外，电极手指还可以用Al-Cu/Cu/Al-Cu、Ti/Al-Cu、Ti/Al-Cu/Ti之类的叠层膜制成。更进一步，每个谐振器中的反射器2由制作电极手指的相同材料制成。
此外，通过采用一种薄膜形成方法，形成上述材料的金属膜，然后按照一种已知方法应用蚀刻工艺，形成指定图案，来制作谐振器，这种薄膜形成方法有例如电子束沉积、溅射或CVD，这种已知方法有例如光刻、RIE之类。最好是每个谐振器中的IDT1和反射器2具有上述数量的电极对和上述交叉宽度；并且电极手指的线宽度、间距和厚度分别在0.1～10微米、0.1～10微米和0.1～0.5微米的范围之内。
虽然可以和谐振器一起在压电基底S上形成电感器L1、L2和L3，但这不是必须的。换句话说，电感器L1、L2和L3不必在压电基底S上形成。例如，它们可以直接在安装双工器D1(更加准确地说，双工器D1中除了那些电感器的剩余部分)的基底上形成。更进一步，还可以用以下工艺来形成电感器：独立于双工器D1(更加确切地说，双工器D1中除了电感器L1、L2和L3以外的剩余部分)来制备贴片电感，然后将它们安装在不同的基底上。此外，还可以根据所需要的电感值来适当地调整电感器中每个电极的宽度和线长度，以及形成每个电感器的导电材料的类型和厚度。
(在通信设备中的应用)
如上所述，本实施例中的双工器D1尺寸小，具有更好的衰减特性。此外，还可以将本实施例中的双工器D1用于通信设备。
图6从原理上说明通信设备100的结构，作为这一类型的一个实例。通信设备100主要包括发射和接收单元300、天线400、控制器200、操作单元600、麦克风MP和扬声器SP。
控制器200控制整个通信设备100的各种工作过程。配备了CPU、RAM、ROM之类的控制器200读出并运行ROM中储存的程序，来执行各种控制，实现通信设备100的各种功能。
在发射和接收单元300中，通过控制器200从麦克风MP输入的模拟语音信号经过DSP(数字信号处理器)301的模数转换(也就是从模拟信号转换成数字信号)，调制器302的调制，然后由混频器303利用本地振荡器320产生的振荡信号进行频率转换。混频器303的输出通过发射带通滤波器304、功率放大器305和双工器306，然后从天线400发射出去成为发射信号。
另外，通过双工器306、低噪声放大器307和接收带通滤波器308，将接收信号从天线400馈送到混频器309。混频器309利用本地振荡器320产生的振荡信号，将接收信号进行频率转换，频率转换过的信号经过低通滤波器310，由解调器311解调。此外，在经过DSP 301进行数模转换(也就是从数字信号转换成模拟信号)以后，通过控制器200从扬声器SP输出信号，成为模拟语音信号。
操作单元600从用户以及例如各种按钮接收给通信设备100的各种输入。
本实施例的双工器D1可以用作通信设备100中的双工器306。这样，能够实现这样的通信设备，这种通信设备能够抑制发射机电路和接收机电路之间的信号泄漏，而不使用大尺寸的双工器。简而言之，能够提供一种具有高通信质量的紧凑的通信设备。
第二实施例
图2是本发明第二实施例中双工器D2的电路图。双工器D2被配置成与发射端子20连接的发射滤波器F3以及与接收端子30连接的接收滤波器F2通过公共信号线与天线端子10连接。
双工器D2的信号发射和接收按照第一实施例中双工器D1相同的信号发射和接收方式进行。也就是说，通过接收滤波器F2和接收端子30将天线端子10收到的信号(接收信号)发送给接收机电路(未画出)。此外，通过发射端子F3将从发射机电路(未画出)输入给发射端子20的信号(发射信号)发送给天线端子10。
此外，也是在本实施例中，将双工器D2配置成使得接收滤波器F2的通带(接收通带)是一个比发射滤波器F3的通带(发射通带)频率高的频率范围。
双工器D2与第一实施例中双工器D1一样具有同样的结构，除了发射滤波器F3以外。具体地说，将双工器D2配置成发射滤波器F3的谐振器中最接近天线的谐振器是一个并联谐振器T9(以后将它叫做最接近的谐振器T9)，它的谐振频率低于发射通带的频率。这是与双工器D1不相同的特征，双工器D1没有最接近的谐振器T9(在双工器D1的发射滤波器F1中，串联谐振器T8是最接近天线的谐振器)。
利用双工器D2的这一结构，在从发射端子20输入的发射信号中，频率与最接近的谐振器T9的谐振频率接近的信号分量倾向于通过最接近的谐振器T9流向地。此外，由于接收滤波器F2按照第一实施例中双工器D1相同的方式拥有最接近的谐振器R1，双工器D2也能够实现在第一实施例中描述的最接近的谐振器R1的相同效果。此外，由于除了最接近的谐振器R1的效果以外，双工器D2具有最接近的谐振器T9的效果，因此能够进一步改善频率特性。
例如，通过让最接近的谐振器R1和T9具有不同的谐振频率，同时满足上述条件，能够获得多个衰减极点，从而获得良好的衰减特性。如果双工器D2具有包括从824MHz到849MHz频率范围的发射通带以及包括从869MHz到894MHz频率范围的接收通带，可以让最接近的谐振器R1和T9分别具有大约810MHz和750MHz的谐振频率。这样一来，在发射通带低端附近的频率上能够具有比第一实施例中双工器D1有更多改进的衰减特性，同时将插入损耗抑制成与双工器D1的一样小。
此外，还有可能最接近的谐振器R1和T9都具有大约810MHz的谐振频率。在这种情况下，与包括最接近的谐振器R1但是不包括最接近的谐振器T9的双工器D1相比，双工器D2在发射通带高端附近的衰减特性得到了改善。
此外，优选将最接近的谐振器T9中IDT1里的电极对数量乘以它的交叉宽度设定为小于发射滤波器F3其它并联谐振器T3、T5和T7的每一个中IDT里的电极对数量乘以它的交叉宽度。例如，如果将并联谐振器T3、T5和T7中每一个里的电极对数量设定为大约80，将它的交叉宽度设定为在50微米到130微米的范围之内，那么将最接近的谐振器T9的电极对数量设定为80，将它的交叉宽度设定为12微米是合适的。在这里，并联谐振器T3、T5和T7中每一个的电极对数量乘以它的交叉宽度在4000到10400对·微米的范围之内，而最接近的谐振器T9中电极对数量乘以它的交叉宽度是960对·微米，因此满足上述条件。
在这种情况下，最接近的谐振器T9的电容分量小于其它并联谐振器T3、T5和T7的电容分量，在最接近的谐振器T9的谐振频率以外的频率范围内，接收滤波器F2的阻抗增大。因此，在从发射端子20传送给发射滤波器F3的信号中，在最接近的谐振器R1的谐振频率以外的频率范围内，信号分量不那么容易通过最接近的谐振器T9流向地。也就是说，通过进一步提供上述最接近的谐振器T9，几乎能够防止在发射通带内损耗增加。
本实施例中的双工器D2可以用制作第一实施例中双工器的相同方法制作。此外，还可以按照第一实施例中同样的方式将它用于通信设备。
如上所述，按照本实施例，能够提供双工器D2，该双工器D2能够抑制因为上述电感器L2的存在而有可能发生的发射信号在发射通带低端附近出现的衰减特性变差。
第三实施例
在第一和第二实施例中，发射滤波器和接收滤波器是用梯形滤波器形成的。但是，本发明中双工器的结构不限于这样。图3A和3B用于说明本发明第三实施例中的双工器D3。具体地说，图3A是双工器D3的电路图，图3B是双工器D3中包括的DMS(双模式SAW)滤波器R10代表性结构的示意性顶视图。将双工器D3配置成连接发射端子20的发射滤波器F1和连接接收端子30的接收滤波器F4通过公共信号线与天线端子10连接。
双工器D3中信号的发射和接收按照第一实施例中双工器D1的相同方式进行。也就是说，天线端子10收到的信号(接收信号)通过接收滤波器F4和接收端子30发送到接收机电路(未画出)。此外，从发射机电路(未画出)输入发射端子20的信号(发射信号)通过发射端子F1发送到天线端子10。
更进一步，在本实施例中，将双工器D3配置成接收滤波器F4的通带(接收通带)是比发射滤波器F1的通带(发射通带)频率高的一个频率范围。
双工器D3中接收滤波器F4的结构与双工器D1中接收滤波器F2结构的不同之处在于，双工器D3中接收滤波器F4不是梯形滤波器，并且包括放置在串联臂中的DMS滤波器R10和放置在并联臂中的并联谐振器R11。
如图3B所示，DMS滤波器R10是一个多模式滤波器。DMS滤波器R10具有互相连接成两级的滤波器R10a和R10b。滤波器R10a包括互相相邻的三个IDT1a、1b和1c，三个IDT1a、1b和1c形成的IDT阵列两端放置的两个反射器2。但是，这一串联谐振器R10不限于具有上述两级结构的谐振器。
IDT 1a、1b和1c中的每一个都包括相对的一对梳状电极，电极的长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。此外，每个反射器2都具有栅格形电极，电极的长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。类似地，滤波器R10b包括相邻的三个IDT 1d、1e和1f，在三个IDT 1d、1e和1f形成的IDT阵列的两端放置的两个反射器2。IDT 1d、1e和1f中的每一个都包括相对的一对梳状电极，这些电极的长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。此外，每个反射器2都具有栅格形电极，电极的长度方向垂直于压电基底S中声表面波的传播方向。
但是，DMS滤波器R10每一级中的滤波器不必具有三个IDT，只要它至少具有两个IDT就是合适的。
在发射滤波器F4中利用将多模式滤波器用作DMS滤波器R10的上述结构，能够提高比接收通带频率低的频率范围内输入其中的接收信号的衰减特性锐度。此外，在DMS滤波器R10中，可以根据设计需要适当地选择电极对数量、交叉宽度、反射器数量之类。
本实施例与第一和第二实施例的不同之处在于接收滤波器F4包括DMS滤波器R10。但是，本实施例与第一和第二实施例一样具有的共同特征在于最接近天线的谐振器是一个并联谐振器R11(也将它叫做最接近的谐振器R11)，它的谐振频率低于发射通带。
例如，如果双工器D3的发射通带包括从824MHz到849MHz的频率范围，并且接收通带包括从869MHz到894MHz的频率范围，那么最接近的谐振器R11的谐振频率最好是大约810MHz。
通过在双工器D3中还提供上述最接近的谐振器R11，从发射端子20发送到发射滤波器F1的发射信号中，与最接近的谐振器R11的谐振频率接近的信号分量，倾向于按照第一实施例中双工器D1相同的方式，通过最接近的谐振器R11流向地。因此，双工器D3能够改善发射通带低端附近的衰减特性。也就是说，在因为上述电感器L2的存在而有可能发生的发射信号在发射通带低端附近的频率上衰减特性变差的现象，能够象第一实施例一样通过进一步提供最接近的谐振器R11而加以抑制。
本实施例中的双工器D3也可以用制作第一实施例中双工器D1的相同方法制作。此外，还可以按照第一实施例中同样的方式将它用于通信设备。
如上所述，也是按照本实施例，能够提供双工器，该双工器能够在通带以外的频率范围具有高衰减特性(特别是在比包括发射频带的通带低的频率范围内)，同时满足缩小尺寸的要求。
此外，多模式滤波器中每个IDT里电极对的数量，多模式滤波器中每个反射器里电极对的交叉宽度、数量，以及多模式滤波器的数量，都能够根据设计需要来适当地确定。还可以给接收滤波器安装另一个谐振器，该谐振器与信号线串联或并联，在多模式滤波器的前面或后面。
实现例
在这以后，将描述本发明的实施例中的实现例。给出以下实例的目的仅仅是用于作为示例，不应当将本发明理解为仅限于它们。在这些实例中，将双工器配置为发射通带包括从824MHz到849MHz的频率范围(发射频带)，接收通带包括从869MHz到894MHz的频率范围(接收频带)。
(实现例1)
在本实例中，制作了第一实施例的双工器D1。
首先，制备LiTaO3形成的压电基底，在这一基底主表面上形成6纳米厚度的Ti薄膜。然后，在它上面形成厚度为125纳米的Al-Cu薄膜。Ti和Al-Cu膜交替层叠各三次，从而形成总共六个薄层的Ti/Al-Cu叠层膜。
下一步，通过利用抗蚀剂涂覆器，在Ti/Al-Cu叠层膜上涂覆厚度为大约0.5微米的光致抗蚀剂。然后，用收缩式投影曝光装置(reduction projection aligner)(步进式投影曝光装置(stepper))形成谐振器、信号线、地线、焊盘电极之类的光致抗蚀剂图案，用于形成图1所示的电路。接下来，利用显影装置，用碱性显影溶液溶解掉光致抗蚀剂中不需要的部分。
随后利用RIE(反应离子蚀刻)装置通过蚀刻工艺去除不必要的部分，留下必要的部分，形成构成图1A所示电路结构的电路图案。表1列出了这个时候每一个谐振器的制造条件。更加确切地说，通过在压电基底上反复设置所希望的二维电路图案，作为多次成模母板来形成上述电路图案。
表1
编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz) 编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz)
 T1     100     146     836  R1     80     78     811
 T2     100     125     839  R2     80     54     906
 T3     80     125     807  R3     80     87     854
 T4     100     96     832  R4     80     54     885
 T5     80     54     807  R5     100     140     849
 T6     80     47     846  R6     80     75     881
 T7     80     85     807  R7     120     138     845
 T8     100     103     835  R8     80     46     883
 R9     80     64     855
然后在电路图案的指定区域形成保护膜。也就是说，利用CVD(化学蒸气沉积)装置在电极图案和压电基底主表面上形成厚度为大约0.02微米的SiO2膜。在这以后，利用光刻形成光致抗蚀剂图案，并且利用RIE装置之类蚀刻倒装片的电极部分(例如输入和输出电极与地电极的焊盘电极部分，以及环绕其整个部分的环形电极部分)的SiO2膜。
接下来，利用溅射装置，在去掉了SiO2膜的一部分上形成包含Cr、Ni和Au的叠层电极膜。在这里，将电极的厚度设定为大约1微米(0.01微米的Cr，1微米的Ni，0.2微米的Au)。此外，用剥离(lift-off)方法同时去除不需要的部分上的光致抗蚀剂和叠层电极，在已经形成了叠层电极的部分形成倒装片的电极部分，在该电极部分上面连接倒装片突起。
然后，沿着切片线切割压电基底，从而获得多个芯片，每个芯片都具有在压电基底S上形成的电极图案。
随后，制备电路板，在其中形成与电感器L1、L2和L3对应的线，并且在银形成的图案电极，输入和输出导体、地导体和环形导体上印刷导电材料。将焊料用作导电材料。接下来，利用倒装片安装装置，将每个芯片暂时粘接在与之对应的陶瓷电路板上，形成电极的表面朝下。这一暂时粘接是在N2气体中进行的。此外，通过在N2气体中进行烘烤，将焊料熔化，使芯片粘接到陶瓷电路板上。也就是说，焊料在芯片上形成的环形电极和电路板上形成的环形导体上熔化并粘接上去，从而将芯片表面上的电极图案密封。
此外，在附着了芯片的陶瓷电路板上涂覆树脂，在N2气体中烘烤，用树脂密封这一芯片。
最后，沿着切片线将陶瓷电路板切片，将它划分成一个一个的，得到安装在电路板上的状态的本实施例的双工器D1。此外，一个一个的陶瓷电路板的面积是2.5×2.0平方毫米，是以叠层结构形成的。
接下来，用网络分析仪测量了这样获得的双工器D1在发射通带附近的衰减特性。
(实现例2)
在本实例中，制作了第一实施例中的双工器D1，并且按照实例1中同样的方式进行检查，只有每个谐振器的制造条件不同除外，这些条件在表2中列出。此外，在本实例中，将谐振器配置为最接近的谐振器R1中每个IDT里电极对数量乘以其交叉宽度被设定为小于并联谐振器R3、R5、R7和R9中每个IDT里电极对数量乘以其交叉宽度。
表2
编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz) 编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz)
 T1     100     146     836  R1     80     12     809
 T2     100     125     839  R2     80     54     906
 T3     80     125     807  R3     80     87     854
 T4     100     96     832  R4     80     54     885
 T5     80     54     807  R5     100     140     849
 T6     80     47     846  R6     80     75     881
 T7     80     85     807  R7     120     138     845
 T8     100     103     835  R8     80     46     883
 R9     80     64     855
(实现例3)
在本实例中，制作第二实施例中的双工器D2，并且按照实例1中的方式进行检查。表3列出了这种情况下每个谐振器的制造条件。在这个实例中，将最接近的谐振器R1的谐振频率设定为小于最接近的谐振器T9的谐振频率，如同表3所示。
表3
编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz) 编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz)
 T1     100     146     836  R1     80     78     811
 T2     100     125     839  R2     80     54     906
 T3     80     125     807  R3     80     87     854
 T4     100     96     832  R4     80     54     885
 T5     80     54     807  R5     100     140     849
 T6     80     47     846  R6     80     75     881
 T7     80     85     807  R7     120     138     845
 T8     100     103     835  R8     80     46     883
 T9     80     58     753  R9     80     64     855
(实现例4)
在本实例中，制作第二实施例中的双工器D2，并且按照实例3中的方式进行检查，只有每个谐振器的制造条件与之不同除外，将这些制造条件列在表4中。此外，在这个实例中，将最接近的谐振器R1的谐振频率设定为等于最接近的谐振器T9的谐振频率，如同表4所示。更进一步，在这个实例中，将谐振器配置成最接近的谐振器R1中每个IDT里电极对数量乘以其交叉宽度，小于并联谐振器R3、R5、R7和R9中每个IDT里电极对数量乘以其交叉宽度，并且最接近的谐振器T9中每个IDT里电极对数量乘以其交叉宽度，小于并联谐振器T3、T5和T7中每个IDT里电极对数量乘以其交叉宽度。
表4
编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz) 编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz)
 T1     100     146     836  R1     80     12     809
 T2     100     125     839  R2     80     54     906
 T3     80     125     807  R3     80     87     854
 T4     100     96     832  R4     80     54     885
 T5     80     54     807  R5     100     140     849
 T6     80     47     846  R6     80     75     881
 T7     80     85     807  R7     120     138     845
 T8     100     103     835  R8     80     46     883
 T9     80     12     809  R9     80     64     855
(实现例5)
在本实例中，制作第三实施例中的双工器D3，并且按照实例1中的方式进行检查。表5列出了这种情况下每个谐振器的制造条件。
表5
编号 对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz) 编号     对数(对) 交叉宽度(微米) 谐振频率(MHz)
T1     100     146     836  R11     50 52 813
T2     100     125     839 编号     对数(对) 交叉宽度(微米) 中心频率(MHz)
T3     80     125     807
T4     100     96     832   1a     15 193 881
T5     80     54     807   1b     18 193
T6     80     47     846   1c     15 193
T7     80     85     807   1d     15 171
T8     100     103     835   1e     18 171
  1f     15 171
(比较例1)
在比较例1中，制作并按照实现例1中相同的方式检查了一个双工器，其中的滤波器被配置为与实现例1中双工器D1相同，只有在这个比较例中省略了最接近的谐振器R1除外。
(比较例2)
在比较例2中，制作并按照实现例5中相同的方式检查了一个双工器，其中的滤波器被配置为与实现例5中双工器D3相同，只有在这个比较例中省略了最接近的谐振器R11除外。
(特性比较)
图7～10说明实现例1～4中双工器在发射滤波器通带(发射通带)附近的频率特性(衰减)，与比较例1中的进行比较。此外，图11说明实现例5中双工器在发射通带附近的频率特性，与比较例2中的双工器进行比较。但是，图7～10没有画出接收滤波器的通带。在图7～10中任意一个里，水平轴表示频率(单位：MHz)，垂直轴表示衰减(单位：dB)。用实线画出的每条特性曲线表示与每个实现例中的双工器有关的结果，而虚线画出的每条特性曲线则表示与每个比较例中的双工器有关的结果。
此外，表6说明实现例和比较例中发射通带低端附近频率上的插入损耗和衰减。
表6
发射通带内的插入损耗(dB) 发射通带低端附近的衰减(dB)
实现例1     3.8     38
实现例2     1.9     28
实现例3     3.3     37
实现例4     2.2     27
比较例1     2.0     24
实现例5     2.7     31
比较例2     2.5     25
根据表6中列出的结果，实现例1～5中具有最接近的谐振器R9或R11的任意一个双工器的发射通带低端附近的衰减，大于比较例1和2中没有最接近的谐振器R9和R11的双工器的衰减。结果明显说明，通过进一步提供最接近的谐振器，能够改善发射频带低端附近的衰减特性。
此外，将与实现例2和4有关的结果跟与实现例1和3以及比较例1有关的结果进行比较，会发现实现例2和4中发射通带低端附近的衰减，小于实现例1和3中的衰减，但是大于比较例1中的衰减。此外，实例2和4中的插入损耗近似等于比较例1中的插入损耗。也就是说，在实现例中已经证明，通过将最接近的谐振器R9中电极对数量乘以其交叉宽度设定为小于滤波器F2中并联谐振器里电极对数量乘以其交叉宽度，能够改善发射通带低端附近的衰减特性，而不会增加插入损耗。
如上所述，根据本发明的实施例，能够提供这样一种双工器，它在通带以外的频率范围内具有高衰减特性(特别是在包括发射频带的通带以下的频率范围内)，同时满足缩小尺寸的要求。更加具体地说，在发射信号中，与接收侧最接近的谐振器的谐振频率接近的信号分量倾向于通过接收侧最接近的谐振器流向地。通过这种方式，能够改善双工器在发射通带低端附近频率上的衰减特性。因此，能够抑制发射信号在发射通带低端附近衰减特性变差，如果不是这样，这一衰减特性变差就会因为第一电感器或者第一和第二电感器的存在而发生。
此外，根据本发明的实施例，在接收侧最接近的谐振器的谐振频率以外的频率范围内阻抗增大。这样，在发射信号中，在接收侧最接近的谐振器的谐振频率以外的频率范围内的信号分量，不那么容易通过接收侧最接近的谐振器流向地。因此，能够抑制发射信号在发射通带低端附近衰减特性变差，同时很少增加发射通带内的损耗。
此外，根据本发明的实施例，发射信号中与发射侧最接近的谐振器的谐振频率接近的信号分量，倾向于通过发射侧最接近的谐振器流向地。通过将这一效果与接收侧最接近的谐振器的效果组合起来，能够进一步改善衰减特性。
另外，根据本发明的实施例，可以实现能够抑制发射机电路和接收机电路之间信号泄漏的通信设备，而不需要使用大尺寸双工器。也就是说，能够提供紧凑，通信质量高的通信设备。
尽管给出和描述本发明的时候针对了实施例，但是本领域技术人员明白，可以进行各种修改和改进，而不会偏离后面的权利要求中定义的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种双工器，包括：
压电基底；
所述压电基底上的发射滤波器，该发射滤波器包括具有第一谐振器群的梯形滤波器，该第一谐振器群包括：
一个或多个串联臂中的一个或多个谐振器；以及
一个或多个并联臂中的一个或多个谐振器；
所述压电基底上的接收滤波器，该接收滤波器具有比所述发射滤波器的通带高的通带，并且包括第二谐振器群，该第二谐振器群包括：
一个或多个串联臂中的一个或多个谐振器；以及
一个或多个并联臂中的一个或多个谐振器；
节点，该节点连接所述发射滤波器的发射侧端部和所述接收滤波器的接收侧端部，
其中与所述第二谐振器群的所述串联臂中最接近所述节点的谐振器相比，在所述第二谐振器群的所述并联臂中最接近所述节点的接收侧最接近的谐振器更加接近所述节点，并且所述接收侧最接近的谐振器的谐振频率低于所述发射滤波器的通带。
2.如权利要求1所述的双工器，其中所述节点还与天线连接。
3.如权利要求2所述的双工器，其中在用于连接所述天线的信号线和基准电压的端子之间有电感器L1。
4.如权利要求1所述的双工器，其中所述接收滤波器是包括所述第二谐振器群的梯形滤波器。
5.如权利要求4所述的双工器，其中所述第二谐振器群包括所述接收滤波器并联臂中的至少两个谐振器，所述接收侧最接近的谐振器具有比所述并联臂中其它谐振器里每一个的电容分量小的电容分量。
6.如权利要求5所述的双工器，其中所述并联臂中的所述至少两个谐振器是声表面波谐振器，它们中的每一个都包括IDT，所述IDT包括：
一对梳状电极；以及
多个电极手指，其中声表面波垂直于所述电极手指的长度方向传播，
其中所述接收侧最接近的谐振器中电极对的数量乘以其中所述梳状电极中每一个的交叉宽度，被设定为小于其它谐振器中每一个里电极对的数量乘以其中所述梳状电极中每一个的交叉宽度。
7.如权利要求4所述的双工器，其中与所述发射滤波器第一谐振器群中的所述节点最接近的发射侧最接近的谐振器在并联臂中，所述发射侧最接近的谐振器的谐振频率低于所述发射滤波器的通带。
8.如权利要求7所述的双工器，其中所述发射侧最接近的谐振器的谐振频率不同于所述接收侧最接近的谐振器的谐振频率。
9.如权利要求1所述的双工器，其中所述第二谐振器群中串联臂里的谐振器是多模谐振器，这些谐振器中的每一个包括至少两个IDT，每个IDT包括：
一对梳状电极；以及
多个电极手指，其中声表面波垂直于所述电极手指的长度方向传播。
10.如权利要求1所述的双工器，还包括：
电感器L2，该电感器L2在所述发射滤波器并联臂中的谐振器和基准电压的端子之间。
11.如权利要求10所述的双工器，其中所述发射滤波器并联臂中的谐振器通过所述电感器L2与所述基准电压的端子连接。
12.如权利要求1所述的双工器，还包括：
至少一个电感器L3，该电感器L3在所述接收滤波器并联臂中的谐振器和基准电压的端子之间。
13.如权利要求12所述的双工器，其中所述接收滤波器并联臂中的谐振器经过所述电感器L3连接到所述基准电压的端子。
14.如权利要求3所述的双工器，还包括：
发射机电路，该发射机电路与所述发射滤波器连接；以及
接收机电路，该接收机电路与所述接收滤波器连接，
其中在所述天线和所述发射机电路之间，所述电感器L1在接收通带内具有实质上无穷大的阻抗，并且在所述发射机电路和所述接收机电路之间，在发射通带内具有实质上无穷大的阻抗。
15.如权利要求1所述的双工器，其中发射通带包括从824MHz到849MHz的频率范围，接收通带包括从869MHz到894MHz的频率范围。
16.如权利要求15所述的双工器，其中所述接收侧最接近的谐振器的谐振频率是大约810MHz。
17.如权利要求7所述的双工器，其中所述发射滤波器的发射通带包括从824MHz到849MHz的频率范围，接收通带包括从869MHz到894MHz的频率范围，并且所述发射侧最接近的谐振器的谐振频率是大约750MHz。
18.如权利要求1所述的双工器，其中所述接收滤波器包括并联臂中更接近所述节点的谐振器，以及串联臂中所述谐振器末级的DMS滤波器。
19.一种双工器，包括：
压电基底；
所述压电基底上的发射滤波器，该发射滤波器包括具有第一谐振器群的第一梯形滤波器，该第一谐振器群具有多个串联臂中的多个谐振器，以及多个并联臂中的多个谐振器；
所述压电基底上的接收滤波器，该接收滤波器具有比所述发射滤波器的通带高的通带，并且包括具有第二谐振器群的第二梯形滤波器，该第二谐振器群具有多个串联臂中的多个谐振器，以及多个并联臂中的多个谐振器；
节点，该节点连接所述发射滤波器的发射侧端部和所述接收滤波器的接收侧端部，
其中与所述第二谐振器群的所述串联臂中最接近所述节点的谐振器相比，在所述第二谐振器群的所述并联臂中最接近所述节点的接收侧最接近的谐振器更加接近所述节点，并且所述接收侧最接近的谐振器的谐振频率低于所述发射滤波器的通带。
20.一种通信设备，包括：
如权利要求1所述的双工器；
连接到所述双工器中信号线的节点；
发射和接收单元，用于将发射信号发送给所述双工器中的发射滤波器，并且从所述双工器中的接收滤波器接收接收信号。
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