CN103155411A - 具有至少两个pi组件的串联电路的带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有压电衬底（S）和具有由至少两个布置在衬底（S）上的pi组件（Pi1、Pi2）组成的串联电路的带阻滤波器，其中所述pi组件（Pi1、Pi2）分别包括至少两个电声并联谐振器（RP1、RP2）和（RP3、RP4）以及至少一个电声串联谐振器（RS1、RS2），并且通过第一串联电感（IS1）相连。所述串联电路在输入端处具有第二串联电感（ISIN）和在输出端处具有第三串联电感（ISOUT）。谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4、RS1、RS2）具有约9%或更大的极点零点间距。

Description

具有至少两个pi组件的串联电路的带阻滤波器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的具有压电衬底和具有由至少两个布置在衬底上的pi组件组成的串联电路的带阻滤波器。

背景技术

为了抑制不期望的频带，需要使用带阻滤波器。当在无线传输标准的两个并排靠在一起的频带情况下应当遮蔽两者中之一时，这样的滤波器例如能够有利地被使用。在理想情况下，该滤波器的通带范围应当至少具有待接收系统的带宽并且在那里仅产生小的插入衰减。因此，在带阻范围内滤波器应当具有高的衰减并且在理想情况下具有从通带范围到带阻范围的快速过渡（übergang），也就是具有陡峭的通带范围边缘。

基于线圈和电容器的组合的滤波器是公知的，然而这样的滤波器要求异常高的元件品质和高的滤波度，以满足规定的对带宽、插入衰减和阻塞功率（sperrender Leistung）的要求。此外，几乎不能够低成本和体积小地实现此类滤波器。

带阻滤波器例如从出版文献EP 2093881 A1、WO 2010/001522、EP 1976116 A1、EP 1986320 A1和EP 1944867 A1中公知。

另外，具有谐振器的SAW滤波器作为带阻（Bandsperre）公知。例如出版文献US 4,803,449描述了在串联支路或并联支路中具有SAW谐振器的梯状布置（Ladderanordnung）。在出版文献EP 1398876 A1中例如公知具有串联电感的并联谐振器。

发明内容

本发明基于的任务是说明一种带阻滤波器，其表征为在具有小插入衰减的通带范围内的大的带宽并且同时表征为具有较大待阻塞功率的阻带。此外，本发明基于的任务是说明低成本的和小型化的带阻滤波器。

这些任务尤其是通过具有权利要求1所述特征的带阻滤波器得到解决。有利的带阻滤波器实施方式是从属权利要求的主题。

本发明说明了一种带阻滤波器，它具有压电衬底和由至少两个布置在衬底上的pi组件组成的串联电路。所述pi组件分别包括至少两个电声并联谐振器和至少一个电声串联谐振器。所述pi组件通过第一串联电感相连。pi组件的串联电路在输入端处具有第二串联电感和在输出端处具有第三串联电感。谐振器具有约9%或更大的极点零点间距（Pol-Nullstellenabstand）。

如此构造的带阻滤波器允许利用最少数目的高品质和昂贵的外部线圈满足规定的规范。因此，能够实现具有最少数目外部电感的改进的带阻滤波器。此外，此类带阻滤波器在具有小插入衰减的通带范围内具有非常大的带宽，例如在一个或多个移动无线电波段或广播波段的通带范围内，以及同时在选定的频带中具有较高的抑制性。优选在UHF波段范围内确保宽的通带范围，并且在VHF波段中和在1和2 GHz移动无线电波段情况下确保选择性。

谐振器具有9%或更大的极点零点间距。当使用具有在该范围内的极点零点间距的谐振器时，所期望的要求能够有利地可以利用最少数目的外部线圈和外部谐振器来满足。因此，该带阻滤波器在具有小插入衰减的通带范围内具有所要求的带宽，以及包括具有较大待阻塞功率的带阻范围。此外，该带阻滤波器可因此低成本地制造。

在一实施方式中，所述带阻滤波器在通带范围内具有大于40%的宽度。在具有小插入衰减的UHF通带范围内的此类异常大的带宽在电视应用、例如在移动电话中尤其是必要的。

在一实施方式中，所述谐振器是SAW谐振器。利用SAW谐振器（SAW：表面声波）可以借助于压电效应和电声转换实现用于HF信号的滤波器。在此，SAW谐振器在压电单晶体上包括至少一对梳子状互相咬合的电极，它们共同构成变换器（IDT：叉指式换能器）。

在一实施方式中，所述谐振器是SAW谐振器，其中用于钝化的电介质层被施加到SAW IDT结构上。该电介质层可以同时用于温度补偿。

在一实施方式中，所述衬底包括具有41YX切割的LiNbO3。借此，在UHF通带内相同发送情况下在阻带内实现至少高10dB的选择性。基于此类材料的衬底对于抑制例如GSM850 Tx和GSM900 Tx的移动无线电波段是尤其有利的。

替换地，所述衬底可以包括具有15YX切割的LiNbO3并且谐振器可以包括例如由具有金属化比例为0.4-0.6的Al或AlCuAl组成的金属化结构。在此，相对金属化大小（Metallisierungsh?he）在2%和4%之间。

在一实施方式中，所述衬底包括具有切割角在45゜和0゜之间的LiNbO3 YX。

在一实施方式中，所述带阻滤波器附加地具有壳体，衬底和布置在衬底上的pi组件集成在该壳体中。因此，该带阻滤波器安置在壳体中并且由壳体保护免遭机械影响。

在一实施方式中，所述壳体是10管脚壳体。因此，该带阻滤波器能够集成在公知的10管脚壳体中，借此不要求专门的壳体开发。如此构成的带阻滤波器尤其是仅要求在壳体内有如此多的绝缘连接端，使得该带阻滤波器已经可以被装入到用于2合1滤波器的10管脚壳体中。

在一实施方式中，所述壳体是5管脚壳体。

在一实施方式中，带阻的带阻范围总计具有大于10%的相对带宽。通过该带阻滤波器尤其是可以实现对具有较大待阻塞功率的多个宽的1GHz移动无线电波段的多个阻带。在此，在VHF III波段内实现适当的选择性并且在2GHz移动无线电波段情况下实现较高的选择性。

在一实施方式中，所述并联谐振器构成为无反射器的SAW谐振器。由于在并联谐振器中去除了反射器，有利地减小了此类带阻滤波器的基本面积，其中同时也增大了功率容量（Leistungsfestigkeit）。因此可以实现小型化的带阻滤波器。

在反射器/变换器过渡处具有不期望谐振的问题可以替换地通过使用尽可能同步的谐振器避免。在同步谐振器情况下，所有反射器指和变换器指尤其是位于周期性的栅格上并且大约是同样宽的。

在一实施方式中，所述串联谐振器构造为无反射器的SAW谐振器。如上所述，因此也使得可以在串联谐振器中避免谐振。

在一实施方式中，谐振器至少部分地具有级联。级联的使用有利地引起功率容量的提高和通带范围内插入衰减或波纹度的降低。谐振器的此类级联例如从出版文献DE 100 57 848 A1中公知，其公开内容通过引用结合于此。

在一实施方式中，至少一个构造为SAW谐振器的并联谐振器的相邻电极指的间距随谐振器长度而变化。借此能够实现带阻范围内的选择性的改进。例如对于专业人士来说，相邻电极指的此类变化由出版文献DE 101 11 959 A1公知，其公开内容通过引用结合于此。

在一实施方式中，在串联电路的输入端和输出端处在接地的并联支路中设置另外的并联谐振器。因此，在滤波器的输入端和输出端处分别使用附加的并联谐振器，由此例如必须使用为10的滤波度。在此，滤波要求也可以利用具有较小的、例如约5.5%的极点零点间距的谐振器实现，但是是以接线的复杂性为代价的。

此类另外的并联谐振器例如从出版文献EP 2093881 A1中公知，其公开内容通过引用到当前申请中清楚地结合于此。

在一实施方式中，所述衬底上的第一pi组件的串联谐振器在横向方向上相对于第二pi组件的串联谐振器错开地布置，使得离开第一串联谐振器的声波不能到达第二串联谐振器并且因此减少在阻带中的选择性。

同样地，衬底上的第一pi组件的并联谐振器可以在横向方向上相对于第二pi组件的并联谐振器错开地布置。

在一实施方式中，所述并联谐振器的谐振频率大于串联谐振器的谐振频率。

如上所述，带阻滤波器优选用在移动无线电的通信设备中，该通信设备附加地被设计用于接收以视频和/或音频数据传输的频带。正是在此类应用情况下需要在具有小插入衰减的通带范围内具有较大带宽的带阻滤波器并且在选定的频带中、例如在移动无线电波段中需要强的抑制。

附图说明

带阻滤波器的其他特征、优点、实施方式和有用性从在下面结合附图阐述的实施例中得出。其中：

图1示出了按照本发明的带阻滤波器的实施例的规范；

图2A示出了按照本发明的带阻滤波器的实施例；

图2B示出了图2A的实施例，其中为了阐述通带范围的实现，谐振器通过它们的静态电容代替；

图2C示出了在图2A、2B中示出的滤波器的通带曲线；

图3A、3B示出了按照本发明的带阻滤波器的谐振器的传输函数的实施例；

图4以等效电路图示出了按照现有技术的带阻滤波器的实施例；和

图5与现有技术相比地针对按照本发明带阻滤波器的实施例示出了依据谐振器的极点零点间距的谐振器品质的图表；和

图6A、6B分别示出了具有错开的谐振器的按照本发明的带阻滤波器的实施例。

相同的或作用相同的组成部件分别配备相同的参考标记。示出的组成部件以及组成部件彼此间的大小比例并不视为完全符合比例的。

具体实施方式

在图1中示出了带阻滤波器的实施例的规范。在该规范中，频率沿着X轴以MHz为单位绘制。带阻滤波器的衰减沿着Y轴以dB为单位绘制。

该带阻滤波器在通带范围DB内具有约为47%的大带宽。该通带范围约在470 MHz和752 MHz之间的范围内。因此，该通带范围DB具有的宽度约为282 MHz。该通带范围优选在UHF波段内并且具有小的插入衰减。在当前的实施例中插入衰减例如在-2 dB左右。

该规范还具有多个阻带SB1、SB2、SB3、SB4，它们互相并排时总计具有大约1 GHz的宽度。当前的第一阻带SB1处于824 MHz和849 MHz之间的频率范围内。该范围与移动无线电波段GSM850 Tx相应。

第二阻带SB2处于880 MHz和915 MHz之间的频率范围内并且因此与移动无线电波段GSM900 Tx相应。第一阻带SB1和第二阻带SB2分别例如具有约为-40 dB的衰减。

第三阻带SB3处于1710 MHz至1785MHz的频率范围内，它与GSM1800 Tx范围相应。第四阻带SB4处于1920 MHz和1980 MHz之间的频率范围内，也就是在WCDMA2100 Tx范围内。第三阻带SB3和第四阻带SB4具有约为-35 dB的衰减。

在图2A中示出了带阻滤波器的可能实施例的电路图。该带阻滤波器在压电衬底上具有由至少两个pi组件Pi1、Pi2组成的串联电路。第一pi组件Pi1具有两个电声并联谐振器RP1、RP2和一个电声串联谐振器RS1。第二pi组件Pi2具有两个电声并联谐振器RP3、RP4和一个电声串联谐振器RS2。pi组件Pi1、Pi2通过第一串联电感IS1相连。pi组件PI1、PI2的串联电路在输入端处具有第二串联电感ISIN和在输出端处具有第三串联电感ISOUT。带阻滤波器的各个谐振器具有约为10%或更大的极点零点间距。谐振器例如是SAW谐振器。

该滤波器例如实施在具有例如由Al、AlCuAl或TiCuAl组成的金属化结构的铌酸锂衬底上。

在图2A示出的实施例中可以实现为8的滤波度。该拓展方案可以安置在公知的2合1的10管脚壳体中，从而不要求壳体开发。在此，在包括例如LiNbO3 41YX或LiNbO3 0YX的衬底上实现谐振器。该衬底以及布置在该衬底上的pi组件接着集成在10管脚壳体中。

根据图2A的带阻滤波器允许利用最少数目的高品质、因此昂贵的外部线圈满足在图1中示出的规范。为了提高功率容量和降低通带范围内的插入衰减或波纹度，使用级联是有利的。因此，并联和/或串联谐振器RP1、RP2、RP3、RP4、RS1和RS2可以部分地具有级联。

为了小型化地构成带阻滤波器可以去掉并联谐振器RP1、RP2、RP3、RP4或串联谐振器RS1、RS2中的反射器。因此也有利地增大了功率容量。

此外，构造为SAW谐振器的并联谐振器RP1、RP2、RP3、RP4的相邻电极指的间距可以随谐振器的长度而变化。借此有利地改进带阻范围内的选择性。

当前，并联谐振器RP1、RP2、RP3、RP4的谐振频率高于串联谐振器RS1、RS2的谐振频率。第一pi组件（Pi1）的串联谐振器（RS1）优选在横向方向上相对于第二pi组件（Pi2）的串联谐振器（RS2）错开（未示出）。由于该错开，可以避免pi组件Pi1、Pi2的串联谐振器RS1、RS2出现声耦合，借此可以大大赢得带阻内的选择性。

在图2B中，出于阐述滤波器功能的目的根据图2A的带阻滤波器的谐振器RS1、RS2、RP1、RP2、RP3、RP4通过它们的静态电容CS1、CS2、CP1、CP2、CP3、CP4代替。因此可以在VHF和2 GHz频率范围内实现选择性、以及宽的通带范围。

图2C比较了根据图2A、2B的实施例的模拟情况。在图表中，与以MHz为单位的频率相对地绘制以dB为单位的衰减。在此，根据图2A的带阻滤波器具有在约470 MHz和750 MHz之间的通带范围，其中在紧接着的处于约800 MHz至850 MHz的频率范围内出现第一阻带。在图2A中示出的滤波器的通带曲线作为曲线2a示出。如此构造的滤波器尤其是具有根据图1的规范。

曲线2b示出了在图2B中示出的简化滤波器的通带曲线。所述简化滤波器具有的通带范围在约470 MHz和850 MHz之间。然而如此构造的滤波器在约800 MHz和850 MHz之间的范围内不具有带阻。

图3A分别示出了具有恒定的反谐振频率、然而变化的带宽的串联谐振器的传输函数。为此，与以MHz为单位的频率相对地绘制以dB为单位的衰减。在该图表中示出了具有不同极点零点间距的串联谐振器。尤其是记录了具有3.6%的极点零点间距、5.4%的极点零点间距、10%的极点零点间距和14%的极点零点间距的串联谐振器。在此示出，更大的极点零点间距导致更宽和更深的带阻，其中然而减小了通带边缘的陡度。取决于相应的规范，分别可以使用谐振器的最佳的极点零点间距。

在图3B中示出了在具有恒定的谐振频率和变化的极点零点间距的电路图中并联谐振器的传输函数。在此，将并联谐振器对串联支路中传输的影响理解为传输函数。

为此，与以MHz为单位的频率相对地绘制以dB为单位的衰减。尤其是示出了具有3.6%、5.4%、10%和14%的极点零点间距的并联谐振器。如同在图3A的串联谐振器情况下那样，更大的极点零点间距导致更宽和更深的带阻，其中然而同时减小了通带范围的边缘的陡度。

图4示出了根据现有技术的带阻滤波器的另一拓展方案的电路图，例如由出版文献EP 2093881 A1公知，其公开内容通过引用到本申请中清楚地结合于此。与在图2A中示出的实施例相比，在串联电路的输入端和输出端处分别在接地（gegen die Masse）的并联支路中设置另外的并联谐振器RP5、RP6。通过附加的并联谐振器RP5、RP6，具有较小的约为5.5%的极点零点间距的谐振器得到使用。利用此类带阻滤波器可以实现的滤波度为10。

在图5中针对根据图2A和图4的实施例的带阻滤波器示出依据谐振器的极点零点间距的最小需要的谐振器品质。在此，曲线5a针对根据图2A的带阻滤波器再现依据谐振器的极点零点间距的所要求的谐振器品质，曲线5b针对根据图4的带阻滤波器再现依据谐振器的极点零点间距的所要求的谐振器品质，如果因此应当满足按照图1的规范的话。

通过使用宽带谐振器在滤波器中降低了对品质的要求，借此可以实现具有更小插入衰减的滤波器，其中同时布局和壳体的复杂性变小。

在图6A中示出了按照本发明的带阻滤波器的拓展方案，在所述带阻滤波器情况下衬底S上的第一pi组件的串联谐振器RS1在横向方向Vt上相对于第二pi组件的串联谐振器RS2错开。由于该错开，可以避免pi组件的串联谐振器RS1、RS2出现声耦合，借此可以有利地大大赢得带阻内的选择性。

与图6A的拓展方案相比，图6B示出的按照本发明的带阻滤波器的拓展方案具有衬底S上第一pi组件的并联谐振器RP1、RP2在横向方向上相对于第二pi组件的并联谐振器RP3，RP4的相应错开。

本发明仅借助少数实施例进行阐述，并不限于所述实施例。按照本发明的带阻滤波器例如适合于在将来的移动通信终端设备中使用，以便将为数字电视标准UHF而设计的天线与邻近的GSM800标准的Tx波段去耦或保护电视信号免受来自该Tx波段的干扰信号。此外可能的是，在用于数字TV标准DVB-T的接收器中使用按照本发明的带阻滤波器并且还在那里滤出GSM移动无线电设备的Tx波段。

附图标记列表

DB 通带范围

SB1、SB2、SB3、SB4 阻带

Pi1、Pi2 pi组件

RP1、RP2、RP3、RP4 并联谐振器

RP5、RP6 另外的并联谐振器

RS1、RS2 串联谐振器

IS1 第一串联电感

ISIN 第二串联电感

ISOUT 第三串联电感

S 衬底

Vt 谐振器彼此间的错开

2a 图2A滤波器的通带曲线

2b 图2B滤波器的通带曲线

5a 图2A滤波器的谐振器品质

5b 图4滤波器的谐振器品质

Claims (18)

1.一种具有压电衬底（S）和具有由至少两个布置在衬底（S）上的pi组件（Pi1、Pi2）组成的串联电路的带阻滤波器，所述pi组件（Pi1、Pi2）分别包括至少两个电声并联谐振器（RP1、RP2）和（RP3、RP4）以及至少一个电声串联谐振器（RS1、RS2），其中所述pi组件（Pi1、Pi2）通过第一串联电感（IS1）相连，所述串联电路在输入端处具有第二串联电感（ISIN）和在输出端处具有第三串联电感（ISOUT），并且谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4、RS1、RS2）具有9%或更大的极点零点间距。

2.根据权利要求1所述的带阻滤波器，所述带阻滤波器在通带范围（DB）内具有大于40%的带宽。

3.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4）是SAW谐振器。

4.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述衬底（S）包括具有切割角在45゜和0゜之间的LiNbO3 YX。

5.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述衬底（S）包括具有41YX切割的LiNbO3。

6.根据权利要求3所述的带阻滤波器，其中用于钝化的电介质层被施加在SAW结构上。

7.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，所述带阻滤波器附加地具有壳体，所述衬底（S）以及布置该衬底上的pi组件（Pi1、Pi2）集成在所述壳体中。

8.根据权利要求7所述的带阻滤波器，其中所述壳体是10管脚壳体。

9.根据权利要求7所述的带阻滤波器，其中所述壳体是5管脚壳体。

10.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中带阻的带阻范围（SB1、SB2）总计具有大于10%的相对带宽。

11.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述并联谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4）构造为无反射器的SAW谐振器。

12.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述串联谐振器（RS1、RS2）构造为无反射器的SAW谐振器。

13.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4、RS1、RS2）至少部分地具有级联。

14.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中至少一个构造为SAW谐振器的并联谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4）的相邻电极指的间距随谐振器的长度而变化。

15.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述第一pi组件（Pi1）的串联谐振器（RS1）在横向方向（Vt）上相对于所述第二pi组件（Pi2）的串联谐振器（RS2）是错开的。

16.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述第一pi组件（Pi1）的并联谐振器（RP1、RP2）在横向方向（Vt）上相对于所述第二pi组件（Pi2）的并联谐振器（RP3、RP4）是错开的。

17.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器，其中所述并联谐振器（RP1、RP2、RP3、RP4）的谐振频率高于所述串联谐振器（RS1、RS2）的谐振频率。

18.根据前述权利要求之一所述的带阻滤波器在移动无线电的通信终端设备中的使用，所述通信终端设备附加地被设计用于接收以视频和/或音频数据传输的频带。

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