CN101217267A - 一种声表面波滤波器模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声表面波滤波器模块，包括用于进行频带滤波的声表面波滤波器，还包括：输入匹配网络，用于将声表面波滤波器输入端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输入端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输入端口；输出匹配网络，用于将声表面波滤波器输出端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输出端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输出端口。本发明实现了声表面波器件阻抗的一致性，使兼容替代方便快捷，减去了用户的设计工作量。

Description

一种声表面波滤波器模块

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及一种声表面波滤波器模块。

背景技术

随着无线技术的快速发展，声表面波滤波器由于其优良的滤波特性被广泛的应用在各个无线系统中，如电视接收机及有线电视CATV系统；移动和无绳电话系统；光纤通信系统时钟恢复；卫星通信及定位(GPS)系统；扩频通信系统；通信侦察压缩接收机；脉冲压缩雷达系统；电子侦察用信道化接收机；应答式干扰机；无钥匙进入和保密警戒系统；遥测遥控系统。由于射频电路接口阻抗基本是50欧姆，应此大部份如放大器，滤波器，双工器，耦合器，隔离器，混频器等器件模块对外的输入输出阻抗都做成50欧姆，为单板系统节省了匹配网络，节省了空间，同时方便了电路设计者使用不同厂家的进行兼容。

目前大部分声表面波滤波器的输入输出阻抗都是失配状态，这需用户在单板设计时进行输入输出阻抗的匹配，增加了单板的设计空间及参数调试的时间，不同的厂家的阻抗参数会有差异，给用户兼容替代带来困难。

声表面波滤波器除阻抗不匹配外，同时其内部构造的特点，存在静电损伤，高温焊接损坏，直流馈入损坏等隐患，由于这些因素而使用户在生产单板过程中，由于工艺问题而损坏一部分声表面波滤波器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种声表面波滤波器模块，能够实现声表面波器件阻抗的一致性。

为了解决上述问题，本发明提供了一种声表面波滤波器模块，包括用于进行频带滤波的声表面波滤波器，还包括：

输入匹配网络，用于将声表面波滤波器输入端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输入端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输入端口；

输出匹配网络，用于将声表面波滤波器输出端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输出端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输出端口。

进一步的，阻抗相匹配是指：电压驻波比小于1.5。

进一步的，所述输入、输出匹配网络包括以下网络中的任一种：

集中参数LC网络、分布参数网络。

进一步的，所述输入、输出匹配网络为集中参数LC网络，其公共端点接地。

进一步的，所述输入、输出匹配网络的结构为以下任一种或其任意组合：L型、T型或∏型。

进一步的，所述输入、输出匹配网络中，电容与声表面波滤波器串联，电感与声表面波滤波器并联。

进一步的，所述输入、输出网络中的元件取值为使得由声表面波滤波器模块的S参数得到的误差函数达到最小值时的元件阻抗值。

进一步的，所述声表面波滤波器模块还包括：

印刷电路板，用于固定所述输入、输出匹配网络所包括的元器件、声表面波滤波器，并实现它们之间的连接；

外壳，用于把印刷电路板连同其上固定的各元器件封装起来。

进一步的，所述印刷电路板双面大面积接地，所述声表面波滤波器接地底座紧贴所述印刷电路板；所述输入、输出匹配网络和声表面波滤波器各自的地电流回路尽量短。

进一步的，输入匹配网络的匹配元件与输出匹配网络的匹配元件放置在所述印刷电路板上时尽量彼此远离；

输入匹配网络的匹配元件中的电感放置在PCB上时与输出匹配网络的匹配元件中的电感垂直放置。

与现有技术相比较，本发明引入了输入输出匹配网络，实现了声表面波器件阻抗的一致性，使兼容替代方便快捷，减去了用户的设计工作量，对于用户来说，使电路的设计更像即插即用一样简单。而优化方案中通过选择合适的输入输出匹配网络结构，具有隔直流的功能、提供静电的泄放通道，避免声表面波滤波器因直流及静电损坏的可能；同时模块对外的焊接端口与声表面波滤波器的端口分离开了，避免了高温焊接对声表面波滤波器的损伤。从而提高了器件的可靠性。

附图说明

图1是本发明声表面波滤波器模块的具体实施结构示意图；

图2(a)到(h)是本发明应用实例中匹配网络的结构示意图；

图3(a)、(b)是应用实例中声表面波滤波器模块的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

本发明提供了一种声表面波滤波器模块，如图1所示，包括：

输入匹配网络100，用于将声表面波滤波器输入端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；相匹配是指：电压驻波比VSWR＜1.5，电压驻波比的计算方法同现有技术。还可以用于使声表面波滤波器输入端口隔直和提供静电的泄放通道；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输入端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输入端口，当使用该声表面波滤波器模块时，需要滤波的信号从该输入端口输入。

声表面波滤波器200，用于进行频带滤波。

输出匹配网络300，用于将声表面波滤波器输出端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；相匹配是指：电压驻波比VSWR＜1.5。还可以用于使声表面波滤波器输出端口隔直和提供静电的泄放通道。包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输出端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输出端口，当使用该声表面波滤波器模块时，滤波后的信号从该输出端口输出。

所述输入、输出匹配网络统称为匹配网络，其中的元件称为匹配元件。

所述输入、输出匹配网络可以为集中参数LC网络、分布参数网络等匹配网络中的任一种。

当采用集中参数LC网络时，该输入输出匹配网络的公共端点接地，其结构可以为以下任一种或其任意组合：L型、T型或∏型；比较优选的方案是采用电容与声表面波滤波器串联，电感与声表面波滤波器并联的方式，从而达到隔直和提供静电的泄放通道。

所述声表面波滤波器还可以包括：

PCB(印刷电路板)，用于固定所述输入、输出匹配网络所包括的元器件、声表面波滤波器，并实现它们之间的连接。

外壳，用于把PCB连同其上固定的各元器件封装起来，保护元器件，避免外力撞伤元器件。

设计制作所述声表面波滤波器模块的方法包括以下步骤：

A、根据实际需要选择相应型号的声表面波滤波器；

B、确定输入、输出匹配网络的参数；

C、设计PCB，并将所述输入、输出匹配网络所包括的元器件、声表面波滤波器焊接在PCB上；用网络分析仪进行参数的微调。

D、将把PCB连同其上固定的各元器件封装进外壳。

下面用本发明的一个应用实例进一步加以说明。

首先，根据用户关心的关键指标如插损，通带宽度，平坦度，抑制度，矩阵系数等选择声表面波滤波器，这和现有技术中的做法一致。串通的横向声表面波(SAW)滤波器因固有的6dB双向损耗，损耗一般较大，常需要匹配来减小损耗到适当值，而同时要求三次行程信号不致大到不可接受的程度；基于单相单向换能器(SPUDT)的SAW滤波器，需要通过匹配使三次行程信号减少，同时插入损耗降低。匹配电路对SAW滤波器的最终性能影响很大，因而设计SAW滤波器的匹配电路非常重要。

声表面波滤波器的匹配网络的包括输入匹配网络及输出匹配网络。匹配网络的对电路性能的好处在于取得小的驻波系数；取得小的带内插损；取得平坦的通带特性；如果LC匹配网络设计得当，可提高远端带外抑制。

本应用实施中以简单的L型结构匹配网络为例，如图2(a)到(h)中虚线框内所示，为8种L型的匹配网络。在满足匹配的要求下，如果要实现隔直流及提供静电泄放通道的功能，可以优选串联电容及并联电感的匹配方式，即图2中(a)、(b)所示的结构；采用T型或∏型结构的匹配网络时也是这样。

匹配网络的设计包括理论计算及用矢网smith圆图在PCB实际匹配而做的参数微调。

其中参数计算是指：得到声表面波滤波器的S参数，计算滤波器双端口网络Y参数，计算网络元件值。通过测试仪器采集滤波器在未匹配条件下的散射S参数，将其转换为滤波器双端口匹配网络的导纳Y参数，然后建立在匹配电路下的新的S参数——即整个声表面波滤波器模块的S参数对匹配电路元件值的函数关系，通过优化方法寻找最佳元件值；所述最佳元件值为使得由新的S参数得到的误差函数达到最小值时的元件阻抗值。

本应用实例中的声表面波滤波器模块的电路如图3所示，图3(a)中Z(i＝1，2，3，4)为匹配元件阻抗，可以是电感，也可以是电容，优化方案是Z₁、Z₃采用电容，而Z₂、Z₄采用电感；设源、负载阻抗为r，此处为50欧姆，采用图3(a)匹配电路结构，则有：

S₁₂＝-2R₁Y₁₂/D*C_y

D＝(1+R_gY₁₁)(1+R₁Y₂₂)-Y₁₂Y₂₁R_gR₁

R_g＝(r+Z₁)//Z₂

R₁＝(r+Z₃)//Z₄

C_y＝Z₂/(Z₁+Z₂+r)*[r/(Z₃+r)]

其中A//B＝1/(1/A+1/B)

其中，Y₁₁、Y₂₁、Y₁₂、Y₂₂指声表面波滤波器双端口网络的导纳Y参数。

若采用图3(b)匹配电路结构，则S₁₂和D表达式不变，R_g、R₁和C_y表达式变为：

R_g＝Z₁+r//Z₂

R₁＝Z₃+r//Z₄

C_y＝Z₂/(Z₂+r)*[Z₄//r/(Z₃+Z₄//r)]

建立一个误差函数：

$e(Z_1,Z_2,Z_3,Z_4)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{|S(Z_1,Z_2,Z_3,Z_4,f_i)-S_{12}^0\left(f_i\right)|}^k$

式中S₁₂ ⁰为目标频率响应；W_i为正加权系数，通常取1；k为非0整数；f_i为取样频率点。当k为1时，如果在匹配电路元件的阻抗值(Z₁ ⁰，Z₂ ⁰，Z₃ ⁰，Z₄ ⁰)下，该误差函数值最小，则该匹配电路为最优电路，匹配网络中各元件值分别为Z₁ ⁰，Z₂ ⁰，Z₃ ⁰，Z₄ ⁰。当k为2时，即为如果在匹配电路元件的阻抗值(Z₁ ⁰，Z₂ ⁰，Z₃ ⁰，Z₄ ⁰)下，误差函数值的平方和最小，则该匹配电路为最优电路。

另外，匹配电路软件对SAW滤波器的匹配非常有效，稍微修改后，可对SAW滤波器两端、负载，阻抗为复数的电路进行匹配。

采用其它形式的匹配网络时，也可以参照上述方法进行元件值的选择。

PCB是用于放置各个器件及实现各个器件的连接，除电路设计外，结构上需要一个外壳，以及在PCB上设计对用户接口贴片焊盘。PCB设计的好坏也是声表模块指标好坏的一个关键因数。需要注意以下要点：

(1)采用双面大面积接地的PCB。

(2)PCB作些垂直交叉金属化孔，减小PCB间的电容耦合。

(3)所述声表面波滤波器接地底座紧贴PCB，以便接地良好。可能的话，外壳边缘与PCB加焊几个点。

(4)输入、输出匹配网络和声表面波滤波器各自的地电流回路尽量短，以减小地电流回路引起的耦合。

(5)输入匹配网络的匹配元件和输出匹配网络的匹配元件放置时尽量彼此远离，以便降低匹配元件之间的直达信号。

(6)输入匹配网络的匹配元件中的电感放置在PCB上时与输出匹配网络的匹配元件中的电感垂直放置，以减小互耦。

(7)可能的话，在滤波器输入输出间的PCB开隔离槽减小PCB介质层引起的RF泄漏。

(8)可能的话，在滤波器输入输出间、匹配网络间加隔离腔。

由于PCB分布参数的影响，设计后的匹配网络参数需要在PCB上，用网络分析仪测试的S参数及Smith圆图进行验证及微调。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种声表面波滤波器模块，包括用于进行频带滤波的声表面波滤波器，其特征在于，还包括：

输入匹配网络，用于将声表面波滤波器输入端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输入端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输入端口；

输出匹配网络，用于将声表面波滤波器输出端口阻抗与射频电路接口阻抗相匹配；包括两个端口，一个端口与声表面波滤波器输出端口相连，另一端口作为所述声表面波滤波器模块的输出端口。

2.如权利要求1所述的声表面波滤波器模块，其特征在于，阻抗相匹配是指：电压驻波比小于1.5。

3.如权利要求1所述的声表面波滤波器模块，其特征在于，所述输入、输出匹配网络包括以下网络中的任一种：

集中参数LC网络、分布参数网络。

4.如权利要求1所述的声表面波滤波器模块，其特征在于：

所述输入、输出匹配网络为集中参数LC网络，其公共端点接地。

5.如权利要求4所述的声表面波滤波器模块，其特征在于：

所述输入、输出匹配网络的结构为以下任一种或其任意组合：L型、T型或∏型。

6.如权利要求4所述的声表面波滤波器模块，其特征在于：

所述输入、输出匹配网络中，电容与声表面波滤波器串联，电感与声表面波滤波器并联。

7.如权利要求1所述的声表面波滤波器模块，其特征在于：

所述输入、输出网络中的元件取值为使得由声表面波滤波器模块的S参数得到的误差函数达到最小值时的元件阻抗值。

8.如权利要求1所述的声表面波滤波器模块，其特征在于，还包括：

印刷电路板，用于固定所述输入、输出匹配网络所包括的元器件、声表面波滤波器，并实现它们之间的连接；

外壳，用于把印刷电路板连同其上固定的各元器件封装起来。

9.如权利要求8所述的声表面波滤波器模块，其特征在于：

所述印刷电路板双面大面积接地，所述声表面波滤波器接地底座紧贴所述印刷电路板；所述输入、输出匹配网络和声表面波滤波器各自的地电流回路尽量短。

10.如权利要求8所述的声表面波滤波器模块，其特征在于：

输入匹配网络的匹配元件与输出匹配网络的匹配元件放置在所述印刷电路板上时尽量彼此远离；

输入匹配网络的匹配元件中的电感放置在PCB上时与输出匹配网络的匹配元件中的电感垂直放置。

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