CN102594292A - 具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信设备技术领域，涉及一种具有电调带宽功能及温度补偿功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，包括输入端子、输出端子、一个直流电压源、四个温敏电阻、二个高阻值电阻、一个可变电容管和一个薄膜体声波谐振器。当外接温度变化时，由直流电压源和四个温敏电阻构成的惠斯顿电桥的输出电压也同时发生改变，以此改变可变电容管的容值，进而调节薄膜体声波谐振器的谐振频率，实现温度补偿。通过改变直流电压源电压来改变变容管电容，从而实现电调FBAR谐振频率的功能，本发明克服了现有大功率基站FBAR双工器温漂严重的缺点，可以实现FBAR连续电调功能，同时拥有简单方便的优点。

Description

具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器

 

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，涉及无线通信基站双工器或多工器的射频滤波器，尤其涉及一种具有电调带宽功能及温度补偿功能的大功率容量薄膜体声波谐振器。

 

技术背景

基站双工器中包括发射端滤波器和接收端滤波器，两个滤波器作用是隔离发射和接受信号、滤除频段外信号的作用。对于多模通信就是多工器，所以多工器或双工器就是多个不同通带的滤波器组成。滤波器的性能好坏直接决定着无线系统接受和发射信号质量的好坏。在无线通信领域，高通信频率、高传输速率、高密集复用、多模通信和高集成化成为发展趋势，这就对无线收发机的射频滤波器的滤波特性有更高要求，包括高Q值、可集成化、可以电调带宽以及具有一定的温度稳定性等。

目前，无线通信基站射频前端设备中，有源器件都可以实现集成化、微芯片化，只有滤波器不能实现集成化微型化，在基站中滤波器功率容量都要求比较大，所以体积都比较大，目前主要使用的腔体滤波器，其功率可达上百瓦，体积在100*100*20mm3以上；也有的设备中使用介质滤波器，其平均功率可达5瓦以上，体积在10*10*2mm3以上，这两种滤波器体积相对较大，结构尺寸和工艺上都无法集成到射频前端的芯片中。

薄膜体声波谐振器（简称FBAR）由于其高工作频率、高品质因素（Q值）、低温度系数、高功率承载能力、可集成及小体积的特点，特别是其超高的Q值，使得其滤波滚降特性、带外抑制和带内插损，明显优于介质或声表滤波器，所以在无线通信领域正在得到越来越广泛的应用。基于FBAR的双工器或多工器由多个发射链路（Tx）和接收链路（Rx）组成，每路接收链路或发射链路由三个或三个以上的薄膜体声波谐振器（FBAR）按照串联、并联和交叉连接的形式组成滤波网络结构，以实现一定的通带滤波器。所以改变一个FBAR的谐振频率就可以改变整个滤波器的通带特性。

基站需要较大的发射功率，但是现有技术中的FBAR滤波器体积微小，一般是0.2*0.2*0.002mm3左右，这样单位体积下的就要承受很高的功率，所以在工作过程中 FBAR会有明显的升温，升温过大导致FBAR的选频特性发生漂移并超出了允许的范围，而不能正常工作。虽然很多FBAR产品上设计了特殊的散热技术，但是还是很难满足基站FBAR长期工作在大功率的要求，这也是目前FBAR只能用于小功率的小型化直放站基站的原因。目前使用电信号连续或离散调整FBAR选频带宽的技术也还没有。

本专利提出一种带有温补补偿技术的FBAR双工器或多工器，这个温度补偿技术使用电调方式实现，一方面可以对FBAR双工器或多工器的温飘进行温度补偿，满足大功率长期稳定工作的要求；另一方面可以用来实现滤波器带宽的电调功能。该电调温补技术属于CMOS集成工艺技术，可以和FBAR集成在一个芯片中实现，所以具有形成微型化、大功率、电调FBAR双工器或多工器。

 

发明内容

本发明提供了一种FBAR温度补偿和电调的技术方案，解决了现有基站大功率双工器温度漂移严重的缺点，也可以实现了滤波器带宽的电信号连续调解问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，包括一个直流电压源、一个可变电容管、一个薄膜体声波谐振器、四个温敏电阻和两个高阻值电阻，四个温敏电阻为等效电阻，分别为第一温敏电阻、第二温敏电阻、第三温敏电阻和第四温敏电阻，两个高阻值电阻为第一高阻值电阻和第二高阻值电阻，四个温敏电阻依次首尾相接成环构成惠斯顿电桥。 

作为优选，第一高阻值电阻和第二高阻值电阻的阻值均高于1M                                                ，高阻值电阻的作用是将直流和交流信号隔开。

作为优选，第一温敏电阻和第三温敏电阻相接端点接直流电压源的正极，第二温敏电阻和第四温敏电阻相接端点接直流电压源的负极，第一温敏电阻和第二温敏电阻相接端点及第三温敏电阻和第四温敏电阻相接端点通过第二高阻值电阻接到可变电容管上一端，以第三温敏电阻和第四温敏电阻相接端点通过第一高阻值电阻接到可变电容管上的另一端，通过改变直流电压源的输出来改变电桥的输出，从而改变可变电容管的偏压及电容，从而改变薄膜体声波谐振器谐振频率，实现薄膜体声波谐振器的电调功能。

作为优选，四个温敏电阻中第一温敏电阻和第三温敏电阻具有相同的温度系数，第二温敏电阻和第四温敏电阻具有相同的温度系数。第一温敏电阻和第三温敏电阻的温度系数与第二温敏电阻和第四温敏电阻的温度系数具有相同的数值，但是变化方向相反，这样最终实现自动的温度补偿功能。

本发明利用惠斯顿电桥和可变电容管来调节FBAR的谐振频率，克服了现有大功率基站FBAR双工器温漂严重的缺点，同时实现电调FBAR谐振频率的功能，这个模块可以实现单芯片集成，同时本发明拥有简单方便的优点。

附图说明

图1是FBAR温度补偿技术的结构示意图。

图2是实施例中FBAR谐振频率随温度变化曲线。

图3是补偿之后FBAR的串联谐振频率随温度变化的示意图。

图4是补偿之后FBAR的温度系数随温度变化的示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，如图1所示，包括直流电压源101、第一温敏电阻102、第三温敏电阻103、第二温敏电阻104、第四温敏电阻105、第一高阻值电阻106、第二高阻值电阻107、可变电容管108和薄膜体声波谐振器（FBAR）109。其中第一温敏电阻102和第四温敏电阻105具有相同的正温度系数，第三温敏电阻103和第二温敏电阻104具有相同的负温度系数，同时这四个温敏电阻的温度系数值是一样的。通过如图1所示的连接方式，四个温敏电阻和直流电压源101依次首尾相接成环构成惠斯顿电桥，四个高阻值电阻为第一高阻值电阻106第二高阻值电阻107均高于1M

。

第一温敏电阻102和第三温敏电阻103相接端点接直流电压源101的正极，第二温敏电阻104和第四温敏电阻105相接端点接直流电压源101的负极，第一温敏电阻102和第二温敏电阻104相接端点及第三温敏电阻103和第四温敏电阻105相接端点通过第二高阻值电阻107接到可变电容管108上一端，以第三温敏电阻103和第四温敏电阻105相接端点通过第一高阻值电阻106接到可变电容管108上的另一端，通过改变直流电压源101的输出来改变电桥的输出，从而改变可变电容管108的偏压及电容，从而改变薄膜体声波谐振器谐振频率，实现薄膜体声波谐振器的电调功能。

四个温敏电阻105中第一温敏电阻102和第三温敏电阻103具有相同的温度系数，第二温敏电阻104和第四温敏电阻105具有相同的温度系数。第一温敏电阻102和第三温敏电阻103的温度系数与第二温敏电阻104和第四温敏电阻105的温度系数具有相同的数值，但是变化方向相反。当外接温度变化时，温敏电阻的阻值发生变化，进而使得惠斯顿电桥的输出电压发生变化，这一电压通过第一高阻值电阻106和第二高阻值电阻107连接到可变电容管108上，改变其容值，进而改变与可变电容管串接的薄膜体声波谐振器（FBAR）的谐振频率。同样道理，通过改变直流电压源101的电压值，可以改变惠斯顿电桥的输出电压，进而改变变容管的偏压值，导致其电容值变化，并最终改变FBAR的谐振频率，实现电调FBAR谐振频率的功能。

图2是本实施例中薄膜体声波谐振器（FBAR）谐振频率的温度曲线，其串联谐振频率的温度系数为-31.5ppm/℃。

图3和图4是本实施例进行温度补偿后的结果。其中图3是补偿之后薄膜体声波谐振器（FBAR）的串联谐振频率随温度变化的示意图， 图4是补偿之后薄膜体声波谐振器（FBAR）的温度系数随温度变化的示意图。从中可知，该实施例中温度补偿技术将薄膜体声波谐振器（FBAR）的温度系数由原先的-31.5ppm/℃降低到小于5.6 ppm/℃。

 本发明利用惠斯顿电桥和可变电容管108来调节薄膜体声波谐振器（FBAR）109的谐振频率，克服了现有大功率基站薄膜体声波谐振器（FBAR）109双工器温漂严重的缺点，同时实现电调FBAR谐振频率的功能，这个模块可以实现单芯片集成，同时本发明拥有简单方便的优点。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。 

Claims (4)

1.具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，其特征在于：包括一个直流电压源（101）、一个可变电容管（108）、一个薄膜体声波谐振器（109）、四个温敏电阻和两个高阻值电阻，四个温敏电阻为等效电阻，分别为第一温敏电阻（102）、第二温敏电阻（104）、第三温敏电阻（103）和第四温敏电阻（105），两个高阻值电阻分别为第一高阻值电阻（106）和第二高阻值电阻（107），第一温敏电阻（102）、第二温敏电阻（104）、第三温敏电阻（103）、第四温敏电阻（105）依次首尾相接成环构成惠斯顿电桥。

2.根据权利要求1所述的具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述的第一高阻值电阻（106）和第二高阻值电阻（107）的阻值均高于1M                                                

。

3.根据权利要求1所述的具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，其特征在于：第一温敏电阻（102）和第三温敏电阻（103）相接端点接直流电压源（101）的正极，第二温敏电阻（104）和第四温敏电阻（105）相接端点接直流电压源（101）的负极，第一温敏电阻（102）和第二温敏电阻（104）相接端点及第三温敏电阻（103）和第四温敏电阻（105）相接端点通过第二高阻值电阻（107）接到可变电容管（108）上一端，以第三温敏电阻（103）和第四温敏电阻（105）相接端点通过第一高阻值电阻（106）接到可变电容管（108）上的另一端。

4.根据权利要求1或3所述的具有电调及温补功能的大功率容量薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述的四个温敏电阻（105）中第一温敏电阻（102）和第三温敏电阻（103）具有相同的温度系数，第二温敏电阻（104）和第四温敏电阻（105）具有相同的温度系数，第一温敏电阻（102）和第三温敏电阻（103）的温度系数与第二温敏电阻（104）和第四温敏电阻（105）的温度系数具有相同的数值，但是变化方向相反，最终实现自动的温度补偿功能。

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