CN104716926A

CN104716926A - 压电滤波器

Info

Publication number: CN104716926A
Application number: CN201310693794.XA
Authority: CN
Inventors: 周冲; 杨清华; 胡念楚
Original assignee: HUNTERSUN GUIZHOU Co
Current assignee: HUNTERSUN GUIZHOU Co
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-17

Abstract

本发明提供了一种压电滤波器，包括信号线，该信号线用于连接所述压电滤波器的输入端口和输出端口；至少一个第一谐振器，所述第一谐振器串联在所述信号线上；至少一个第二谐振器，所述第二谐振器并联连接至所述信号线；至少一条接地支路，所述接地支路通过电感将所述信号线上的节点接地。实施本发明可以在不影响甚至提高压电滤波器性能的前提下有效地扩展压电滤波器的相对带宽。

Description

压电滤波器

技术领域

本发明涉及电子通信技术器件领域，尤其涉及一种压电滤波器。

背景技术

滤波器是手持移动通信产品的重要组成部分之一。目前，手持移动通信产品主要采用基于压电材料制作的滤波器，构成这种高性能压电滤波器的基本单元是压电谐振器，其中压电谐振器主要包括薄膜体声波谐振器（FBAR）、固态装配谐振器（SMR）以及声表面波谐振器（SAW）等。压电谐振器的阻抗-频率响应特性中有两个十分重要的频率点，即串联谐振频率f_s和并联谐振频率f_p。当压电谐振器处于串联谐振频率f_s时谐振器的阻抗最低，近似于短路状态；当压电谐振器处于并联谐振频率f_p时谐振器的阻抗最高，近似于开路状态。压电谐振器的有效机电耦合系数定义为：

K_{t, eff}^{2} = \frac{π}{2} \frac{f_{s}}{f_{p}} / \tan (\frac{π}{2} \frac{f_{s}}{f_{p}})

压电谐振器的有效机电耦合系数对传统的压电滤波器的带宽起着决定作用，通常情况下压电滤波器的相对带宽约为压电谐振器有效机电耦合系数的二分之一，即：

\frac{BW}{f_{0}} \approx {0.5 K}_{t, eff}^{2}

其中，BW为压电滤波器的带宽、f₀为压电滤波器的中心频率。

目前使用AlN作为压电材料、使用钼作为电极的薄膜体声波谐振器的有效机电可达7%左右，可实现的最大滤波器相对带宽约为3.5%。随着4G/LTE/WiMAX等技术的不断推进，更多新的频段被启用，其中，有很多频段所占用的频谱的相对带宽远超过3.5%。以WiMAX为例说明，WiMAX所采用的一个频段为2496MHz～2690MHz，其相对带宽高达7.5%。因此，需要对压电滤波器的相对带宽进行扩展以满足4G/LTE/WiMAX等技术的需求。

下面，请参考图1，图1是现有技术中的由四个串联谐振器和三个并联谐振器组成的压电滤波器的电路结构。如图所示，压电滤波器100由串联谐振器111、112、113、114和并联谐振器121、122、123组成。其中，串联谐振器和并联谐振器可以采用薄膜体声波谐振器（FBAR）、固态装配谐振器（SMR）以及声表面波谐振器（SAW）等。此外，压电滤波器100还包括接地的电感103、104、105，其中，该电感103、104、105分别与并联谐振器121、122、123相连接，这些接地的电感可以与并联谐振器121、122、123形成传输零点，从而提高压电滤波器100的阻带抑制。同时，在压电滤波器100的输入端口131以及输出端口132还分别存在电感101、102。

图1(b)是图1(a)所示压电滤波器的电学响应特性曲线，其中，曲线211是并联谐振器的阻抗特性曲线，曲线212是串联谐振器的阻抗特性曲线，曲线201是压电滤波器的插入损耗曲线，曲线221是压电滤波器从一个端口131看进去的回波损耗曲线。

在曲线211中，f_s1表示并联谐振器的串联谐振频率，f_p1表示并联谐振器的并联谐振频率。在曲线212中，f_s2表示串联谐振器的串联谐振频率，f_p2表示串联谐振器的并联谐振频率。通常情况下，如图所示，并联谐振器的串联谐振频率f_s1低于串联谐振器的串联谐振频率f_s2，并联谐振器的并联谐振频率f_p1低于串联谐振器的并联谐振频率f_p2，且并联谐振器的并联谐振频率f_p1与串联谐振器的串联谐振频率f_s2接近。

对于现有技术中的压电滤波器，请参考图1(c)，其中图1(c)是图1(a)所示压电滤波器在相对带宽扩展后的电学响应特性曲线。通过图1(c)可以看出，如果增大|f_p1-f_s2|的值，虽然压电滤波器的通带会得到扩展，但在压电滤波器通带的中心会形成凹陷，极大地损害了压电滤波器的通带插入损耗（请参考曲线301)以及回波损耗（请参考曲线321）。因此，希望在不影响压电滤波器性能的前提下提出一种压电滤波器。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种压电滤波器，包括：

信号线，该信号线用于连接所述压电滤波器的输入端口和输出端口；

至少一个第一谐振器，所述第一谐振器串联在所述信号线上；

至少一个第二谐振器，所述第二谐振器并联连接至所述信号线；

至少一条接地支路，所述接地支路通过电感将所述信号线上的节点接地。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在不影响甚至是提高压电滤波器性能（例如插入损耗、回波损耗）的前提下，有效地扩展了压电滤波器的相对带宽。现有技术中使用AlN作为压电材料、使用钼作为电极的薄膜体声波谐振器的有效机电可达7%左右，可实现的最大滤波器相对带宽约为3.5%。相对于现有技术，本发明在不改变谐振器材料和结构的前提下所提供的压电滤波器的最大相对带宽可以达到7.5%甚至更高，从而可以很好地满足例如4G/LTE/WiMAX等技术的需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1(a)是现有技术中的由四个串联谐振器和三个并联谐振器组成的压电滤波器的电路结构；

图1(b)是图1(a)所示压电滤波器的电学响应特性曲线；

图1(c)是图1(a)所示压电滤波器在相对带宽扩展后的电学响应特性曲线；

图2(a)是根据本发明的一个具体实施例的压电滤波器的电路结构；

图2(b)是图2(a)所示压电滤波器的电学响应特性曲线；

图3是根据本发明的另一个具体实施例的压电滤波器的电路结构；

图4是根据本发明的又一个具体实施例的压电滤波器的电路结构；

图5是根据本发明的又一个具体实施例的压电滤波器的电路结构；

图6(a)是根据本发明的又一个具体实施例的压电滤波器的电路结构；

图6(b)是图6(a)所示压电滤波器的电学响应特性曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。

本发明提供了一种压电滤波器，该压电滤波器包括：

具体地，压电滤波器的输入端口用于输入待滤波的信号，输出端口用于对滤波后的信号进行输出，其中，该输入端口和输出端口通过信号线进行连接。

压电滤波器包括至少一个第一谐振器，其中，所述第一谐振器以串联的方式连接在信号线上。若压电滤波器仅包括一个第一谐振器，则该第一谐振器的一端通过信号线与压电滤波器的输入端口连接，另一端通过信号线与压电滤波器的输出端口连接；若压电滤波器包括两个或两个以上第一谐振器，则该两个或两个以上第一谐振器串联连接，在串联结构中位于第一位的第一谐振器的输入端口与压电滤波器的输入端口连接，在串联结构中位于最后一位的第一谐振器的输出端口与压电滤波器的输出端口连接。在本实施例中，第一谐振器可以是薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器或声表面波谐振器。

压电滤波器包括至少一个第二谐振器，其中，所述第二振器以并联的方式连接至信号线。即，对于每一第二谐振器来说，该第二谐振器的一端连接至信号线，另一端与地连接。在本实施例中，第二谐振器可以是薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器或声表面波谐振器。

在一个优选实施例中，第一谐振器与第二谐振器二者相邻。具体地，对于任一第一谐振器来说，其一端与一第二谐振器相连接，另一端与另一第二谐振器相连接。此处需要说明的是，对于在串联结构中位于第一位的第一谐振器来说，仅其输出端口与第二谐振器相连接的情况也包括在本实施例的范围内；同样地，对于在串联结构中位于最后一位的第一谐振器来说，仅其输入端口与第二谐振器相连接的情况也包括在本实施例的范围内。由于第一谐振器和第二谐振器之间存在多种位置关系，为了简明起见，在此不再一一列举。

需要说明的是，压电滤波器中第一谐振器以及第二谐振器的具体数量和压电滤波器的具体性能指标（例如插入损耗、回波损耗等）有关，设计者可以根据实际应用中对压电滤波器的性能指标的具体需求决定第一谐振器以及第二谐振器的使用数量。

可选地，压电滤波器还可以包括第一电感或第二电感，或同时包括第一电感和第二电感。其中，第一电感直接与压电滤波器的输入端口连接，即，第一电感位于压电滤波器的输入端口与在串联结构中位于第一位的第一谐振器之间；第二电感直接与压电滤波器的输出端口连接，即，第二电感位于在串联结构中位于最后一位的第一谐振器与压电滤波器的输出端口之间。

可选的，第二谐振器通过第三电感接地，即，第三电感的一端与所述第二谐振器的输出端口连接，另一端与地连接。

压电滤波器还包括至少一条接地支路，对于该至少一条接地支路中的任一所述接地支路来说，该接地支路通过电感将信号线上的一个节点接地。其中，所述节点位于压电滤波器的输入端口与相邻于该输入端口的第一谐振器之间，即，位于压电滤波器的输入端口与在串联结构中位于第一位的第一谐振器之间；或者所述节点位于输出端口与相邻于该输出端口的第一谐振器之间，即，位于压电滤波器的输出端口与在串联结构中位于最后一位的第一谐振器之间；又或者所述节点位于相邻的两个第一谐振器之间。

本领域的技术人员应该可以理解的是，上文中所提到的接地支路中的电感、第一电感、第二电感以及第三电感均可以通过等效电感来实现。由于等效电感是本领域技术人员所熟悉的技术手段，因此在此不再赘述。

下面，以五个具体实施例对本发明所提供的压电滤波器的电路结构进行说明。需要说明的是，由于第一谐振器是以串联的方式连接在所述信号线上，而第二谐振器是以并联的方式连接至所述信号线，因此，在下面的实施例中，以串联谐振器表示第一谐振器，以并联谐振器表示第二谐振器。此外，用对地电感表示接地支路中的电感。

实施例一：

请参考图2(a)，图2(a)是根据本发明的一个具体实施例的压电滤波器的电路结构。如图所示，压电滤波器400包括输入端口431、输出端口432、信号线40、串联谐振器411、并联谐振器421、第一电感401、第二电感402、第三电感403以及接地支路（由对地电感441构成）。其中，信号线40将输入端口431和输出端口432串联起来；串联谐振器411通过信号线40与输入端口431和输出端口432连接；并联谐振器421的一端连接至信号线40，具体地该一端与串联谐振器411的输出端口连接，并联谐振器421的另一端通过第三电感403接地；在输入端口431存在与该输入端口431直接相连的第一电感401，在输出端口432存在与该输出端口432直接相连的第三电感402；对地电感441的一端连接至第一电感401与串联谐振器411之间的信号线，另一端与地连接。

图2(b)是图2(a)所示压电滤波器的电学响应特性曲线，其中，曲线511是并联谐振器的阻抗特性曲线，曲线512是串联谐振器的阻抗特性曲线，曲线501是压电滤波器的插入损耗特性曲线，曲线521是压电滤波器的回波损耗特性曲线（从输入端口431看进去）。将图2(b)与图1(b)进行比较可以看出，相较于传统的压电滤波器，图2(a)所示的压电滤波器400在接地支路（即对地电感441）的作用下，其相对带宽不但得到了扩展，通带插入损耗以及回波损耗也得到了明显的改善。

实施例二：

图3是根据本发明的另一个具体实施例的压电滤波器的电路结构。如图所示，压电滤波器600包括输入端口631、输出端口632、信号线60、4个串联谐振器（分别是串联谐振器611、612、613、614）、3个并联谐振器（分别是并联谐振器621、622、623）、第一电感601、第二电感602、3个第三电感（分别是第三电感603、604、605）以及接地支路（由对地电感641构成）。其中，信号线60将输入端口631和输出端口632串联起来；串联谐振器611、612、613、614通过信号线60串联在输入端口631和输出端口632之间；并联谐振器621的一端与串联谐振器611的输出端口连接另一端通过第三电感603接地，并联谐振器622的一端与串联谐振器612的输出端口连接另一端通过第三电感604接地，并联谐振器623的一端与串联谐振器613的输出端口连接另一端通过第三电感605接地；在输入端口631存在与该输入端口631直接相连的第一电感601，在输出端口632存在与该输出端口632直接相连的第三电感602；对地电感641的一端连接至第一电感601与串联谐振器611之间的信号线，另一端与地连接。

同样地，压电滤波器600在接地支路（即对地电感641）的作用下，其相对带宽不但得到了扩展，通带插入损耗以及回波损耗也得到了明显的改善。

实施例三：

图4是根据本发明的又一个具体实施例的压电滤波器的电路结构。图4所示压电滤波器700与图3所示压电滤波器600在结构上的区别仅仅在于，在压电滤波器600的基础上，压电滤波器700进一步还包括一条接地支路，该接地支路由对地电感742构成，其中，该对地电感742的一端连接至串联谐振器714与第一电感702之间的信号线，另一端与地连接。为了简明起见，在此对压电滤波器700与压电滤波器600所具有的相同结构不再重复描述。

同样地，压电滤波器700在两条接地支路（即对地电感741以及对地电感742）的共同作用下，其相对带宽不但得到了扩展，通带插入损耗以及回波损耗也得到了明显的改善。

实施例四：

图5是根据本发明的又一个具体实施例的压电滤波器的电路结构。图5所示压电滤波器800与图3所示压电滤波器600在结构上的区别仅仅在于，压电滤波器800所包括的接地支路（由对地电感841构成）其一端连接至串联谐振器812与并联谐振器822之间的信号线，另一端与地连接。为了简明起见，在此对压电滤波器800与压电滤波器600所具有的相同结构不再重复描述。

同样地，压电滤波器800在接地支路（即对地电感841）的作用下，其相对带宽不但得到了扩展，通带插入损耗以及回波损耗也得到了明显的改善。

实施例五：

图6是根据本发明的又一个具体实施例的压电滤波器的电路结构。如图所示，压电滤波器900包括输入端口931、输出端口932、信号线90、5个串联谐振器（分别是串联谐振器911、912、913、914、915）、4个并联谐振器（分别是并联谐振器921、922、923、924）、第一电感901、第二电感902、4个第三电感（分别是第三电感903、904、905、906）以及3条接地支路（分别由对地电感941、942、943构成）。其中，信号线90将输入端口931和输出端口932串联起来；串联谐振器911、912、913、914、915通过信号线90串联在输入端口931和输出端口932之间；并联谐振器921的一端与串联谐振器911的输出端口连接另一端通过第三电感903接地，并联谐振器922的一端与串联谐振器912的输出端口连接另一端通过第三电感904接地，并联谐振器923的一端与串联谐振器913的输出端口连接另一端通过第三电感905接地，并联谐振器924的一端与串联谐振器914的输出端口连接另一端通过第三电感906接地；在输入端口931存在与该输入端口931直接相连的第一电感901，在输出端口932存在与该输出端口932直接相连的第三电感902；对地电感941的一端连接至第一电感901与串联谐振器911之间的信号线、另一端与地连接，对地电感942的一端连接至串联谐振器912与并联谐振器922之间的信号线、另一端与地连接，对地电感943的一端连接至串联谐振器913与并联谐振器923之间的信号线、另一端与地连接。

同样地，压电滤波器900在三条接地支路（即对地电感941、对地电感942以及对地电感943）的共同作用下，其相对带宽不但得到了扩展，通带插入损耗以及回波损耗也得到了明显的改善。具体地，请参考图6(b)，图6(b)是图6(a)所示压电滤波器的电学响应特性曲线，其中，曲线1011是并联谐振器的阻抗特性曲线，曲线1012是串联谐振器的阻抗特性曲线，曲线1001是压电滤波器的插入损耗特性曲线，曲线1021是压电滤波器的回波损耗特性曲线（从输入端口931看进去）。从图6(b)中可以清楚地看出，压电滤波器900的-1.5dB相对带宽高达7.7%，回波损耗优于-15dB。通过图6(b)可以知道压电滤波器900的相对带宽远高于传统压电滤波器所能到达的最大相对带宽。

本领域的技术人员可以理解的是，本发明所提供的压电滤波器的电路结构不仅仅限于上述五个实施例，凡是利用将信号线上的节点通过对地电感接地的方式使相对带宽得到扩展的压电滤波器均落入本发明的保护范围之内。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在不影响甚至是提高压电滤波器性能（例如插入损耗、回波损耗）的前提下，有效地扩展了压电滤波器的相对带宽,从而可以很好地满足例如4G/LTE/WiMAX等技术的需求。

以上所揭露的仅为本发明的几种较佳的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种压电滤波器，该压电滤波器包括：

2.根据权利要求1所述的压电滤波器，其中：

所述节点位于所述输入端口与相邻于所述输入端口的所述第一谐振器之间；或

所述节点位于所述输出端口与相邻于所述输出端口的所述第一谐振器之间；或

所述节点位于相邻的两个所述第一谐振器之间。

3.根据权利要求2所述的压电滤波器，其中，所述第一谐振器与所述第二谐振器相邻。

4.根据权利要求2所述的压电滤波器，该压电滤波器还包括：

第一电感，该第一电感直接与所述输入端口连接；和/或

第二电感，该第二电感直接与所述输出端口连接。

5.根据权利要求1至4所述的压电滤波器，该压电滤波器还包括：

第三电感，该第三电感的一端与所述第二谐振器的输出端口连接，另一端与地连接。

6.根据权利要1至4中任一项所述的压电滤波器，其中：

所述第一谐振器是薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器或声表面波谐振器；

所述第二谐振器是薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器或声表面波谐振器。