CN105322913A - 高抑制度表面声波滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种滤波器，其包括：两个或多个表面声波谐振器，形成于基板的表面上；和至少一个接地导体，形成于所述基板的表面上。接地导体的边缘的至少一部分形成有多个锯齿状突起。

Description

高抑制度表面声波滤波器
版权和商品外观声明：
本专利文件中包含的部分内容受到版权保护。该专利文件可能展示了和/或描述了属于或者将属于权利人的商品外观。版权和商品外观的权利人不反对任何人在专利公开范围内的临摹复制，因为其公开在专利商标局的专利文件或记录中。除此之外，在任何情况下，权利人保留所有的版权和商品外观权利。
本专利申请要求2014年7月25号提交的公开号为No.62/029,279的发明名称为“高隔离度双工器”的美国临时专利申请的优先权，临时申请中的全部内容已引入本申请中。
技术领域
本申请涉及一种利用表面声波(SAW)谐振器的射频滤波器，尤其涉及包括SAW谐振器的滤波器和双工器，以在预定频带内提供高抑制度或高隔离度。
背景技术
如图1所示，SAW谐振器100可由形成在基板105的表面上的薄膜导体图案构成，基板105由压电材料制成，例如石英、铌酸锂、钽酸锂或者硅酸镓镧。第一叉指换能器(IDT)110可包括多个并行导体。通过输入端IN应用到第一IDT110的射频信号或微波信号可在基板105的表面上激发声波。如图1所示，表面声波将在左右方向上传播。在输出端OUT，第二IDT120将声波转换回射频或微波信号。如图所示，第二IDT120的导体与第一IDT110的导体交叉分布。在其他的SAW谐振器配置中(未示出)，形成第二IDT的导体可以设置在基板105的表面上，并与形成第一IDT的导体相邻或隔开。
第一IDT110与第二IDT120之间的电耦合与频率相关。第一IDT110与第二IDT120之间的电耦合典型地既表现出共振(当第一IDT与第二IDT之间的阻抗非常大时)也表现出反共振(当第一IDT与第二IDT之间的阻抗趋于零时)的性质。共振和反共振的频率主要由交叉导体的间距和取向、所选择的基板材料以及基板材料的晶体取向决定。
光栅反射器130、132可设置于基板上，从而将声波的大部分能量限制在覆盖有第一IDT110和第二IDT120的基板的区域。然而，声波的一部分能量(虚线箭头140所表示的)可能发生泄露或者逃离，并传播穿过基板的表面。传播穿过基板的表面的声波可在基板的边缘发生反射。此外，由于声波在基板的覆盖有导体的区域和未覆盖导体的区域的传播速率不同，每次声波传播到达导体的边缘时，声波的一部分能量发生反射。
SAW谐振器可用于包括带阻滤波器、带通滤波器和双工器的多种射频滤波器中。双工器是一种射频滤波装置，其利用共用天线实现同时以第一频带传输信号和以第二频带(与第一频带不同)接收信号。双工器常用于包括移动电话在内的无线通信设备中。
滤波电路通常包括多个SAW谐振器。例如，图2示出了包括9个SAW谐振器(用Xa至Xi标记)的滤波电路200的示意图。使用9个SAW谐振器是很典型的，并且滤波电路可包括多于或少于9个SAW谐振器。例如，滤波电路200可以是带通滤波器、带阻滤波器或者带通/带阻滤波器的组合，这取决于SAW谐振器的特性。
典型地，9个SAW谐振器Xa至Xi相互贴近地组装在公共基板上。由于SAW谐振器相互贴近，从第一谐振器泄露的声波能量可直接影响一个或者多个其他的谐振器，或者，从第一谐振器泄露的声波能量可在经过基板的边缘或者导体图案的边缘的反射之后影响一个或者多个其他的谐振器。接收泄露声波能量的一个或多个其他谐振器可将泄露声波能量的部分或全部转化为电信号。例如，从SAW谐振器Xa泄露的声波能量可影响SAW谐振器Xg(如图中虚线箭头210所示)，从SAW谐振器Xb泄露的声波能量可影响SAW谐振器Xf(如图中虚线箭头220所示)。泄露的声波能量可有效地提供潜通路，RF信号可通过潜通路绕开滤波电路的部分区域。
图3示出了曲线图300，在曲线图300中，将类似于图2所示的滤波电路200的带通/带阻滤波电路的组合的模拟性能和测量性能进行了比较。曲线图300上标绘的参数|S(1，2)|(滤波器的端口1和端口2之间的传递函数的大小，用单位dB表示)作为频率函数。实线310表示的是基于该滤波电路的电磁模拟的预期的滤波性能。虚线320表示的是原型滤波器的测量性能。测量传递函数(虚线表示)在以频率值1.785GHz为中心的带通区域内非常接近模拟性能曲线(实线表示)。测量传递函数(虚线表示)在频率值为1.805GHz到1.85GHz的频带范围内基本上偏离(即偏离值达到18dB以上)了模拟性能曲线(实线表示)。对于实际的滤波器，在上述频带内发生的预想外的低插入损耗至少部分由于存在声波泄漏通道，而存在声波泄漏通道的因素在电磁模拟中未予考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述现有技术中的限制和不足的高抑制度表面声波滤波器。
为实现上述目的，本发明的高抑制度表面声波滤波器的具体技术方案如下：
根据本发明的一方面，提供一种滤波装置，包括：两个或多个表面声波谐振器，形成于基板的表面上；和至少一个接地导体，形成于所述基板的表面上，所述接地导体的边缘的至少一部分形成有多个锯齿状突起，至少一些锯齿状突起正对一个或多个呈非锯齿形的信号导体。
进一步，所述多个锯齿状突起被配置为将入射表面声波散射，以减少所述在两个或多个表面声波谐振器中的至少一些表面声波谐振器之间的声波耦合。
进一步，所述多个锯齿状突起中的至少一个呈三角形。
进一步，每个三角形锯齿状突起具有深度、宽度和夹角。
进一步，三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有不同的深度和宽度，并且所述深度和宽度大于由一个或多个表面声波谐振器激发的表面声波的波长。
进一步，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的深度和宽度在10微米到100微米之间。
进一步，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的内角在45度到135度之间。
进一步，所述滤波装置是带阻滤波器。
进一步，所述滤波装置是双工器。
根据本发明的另一方面，提供一种滤波装置，包括：具有表面的基板；输入板、输出板和至少一个接地板，形成于所述基板的表面上；滤波电路，连接在输入板与输出板之间，所述滤波电路包括形成于基板的表面上的两个或多个表面声波谐振器；以及至少一个接地导体，形成于基板的表面上，并与所述至少一个接地板连接，接地导体的边缘上的至少一部分形成为多个锯齿状突起，多个锯齿状突起中的至少一些正对一个或者多个呈非锯齿形的信号导体。
进一步，多个锯齿状突起被配置为将入射表面声波散射，以减少所述多个表面声波谐振器中的至少一些表面声波谐振器之间的声波耦合。
进一步，所述多个锯齿状突起被配置为在预定频带内增加输入板与输出板之间的插入损耗。
进一步，所述多个锯齿状突起中的至少一个呈三角形。
进一步，每个三角形锯齿状突起具有深度、宽度和夹角。
进一步，三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有不同的深度和宽度，并且所述深度和宽度大于由一个或者多个表面声波谐振器激发的表面声波的波长。
进一步，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的深度和宽度在10微米到100微米之间。
进一步，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的内角在45度到135度之间。
进一步，所述滤波装置是带阻滤波器。
尤其，所述滤波装置进一步包括：天线板；其中，滤波电路包括：接收滤波电路，连接在输入板和天线板之间；和传输滤波电路，连接在天线板与输出板之间。
进一步，所述滤波装置是双工器。
本发明的高抑制度表面声波滤波器具有锯齿状接地导体，其改进了双工器的隔离效果，锯齿状接地导体还可用于减少SAW谐振器之间不期望的声波耦合，从而增加带阻滤波器的抑制度。
附图说明
图1是SAW谐振器的平面示意图；
图2是包括多个SAW谐振器的滤波器的示意图；
图3是SAW带通/带阻滤波器的模拟性能和测量性能的比较图；
图4是包括多个SAW谐振器的双工器滤波器的平面示意图；
图5是图4的双工器滤波器的示意图；
图6是包括多个SAW谐振器和锯齿状的接地电极的双工器滤波器的平面示意图；
图7是图4的双工器和图6的双工器的测量性能的比较图。
在整个说明书的描述中，出现在附图中的组件由三位数字组成的附图标记表示，其中，最重要的数字是表示图号的第一位数，其余的两位数表示具体的组件。没有结合附图进行描述的组件假定为与前面描述的具有相同的其余的两位数(除第一位数)的组件具有相同的性质和功能。
具体实施方式
图4是双工器400的放大示意图，通过在压电基板410上沉积薄膜导体而制造双工器400。X1至X23标记的每个块状区域都表示SAW谐振器，如图所示，SAW谐振器由多个极小的交叉导体形成。共振和反共振的频率主要由交叉导体的间距和取向、所选择的基板材料以及基板材料的晶体取向决定。如现有技术中已知的，每个SAW谐振器X1至X23在第一频率状态表现出共振的性质，在第二频率状态表现出反共振的性质。
上述23个SAW谐振器通过薄膜导体互相连接，从而形成双工器电路。双工器400包括用于连接接合线的输入板、天线板和输出板(分别标记为“in”、“ant”和“out”)，从而将从双工器发出和射向双工器的RF信号耦合。当将双工器装入例如移动电话等设备中时，可将发射器与输入板连接，将天线与天线板连接，以及将接收器与输出板连接。双工器400也可包括用于连接接合线的5个接地板(标记为“GND1”至“GND5”)，以将双工器连接到外部接地面。
图5是图4所示的双工器400的电路示意图。寄生电感Lb是与连接至双工器的接地线串联的接合线。双工器400包括由SAW谐振器X1-X13形成的发射端滤波器和由SAW谐振器X14-X23形成的接收端滤波器。发射端滤波器被设计为将发射频带内的RF信号从连接至双工器的输入板的发射器传输到连接至天线板的天线，并滤除位于其他频带的RF信号。接收端滤波器被设计为将接收频带内的RF信号从连接至天线板的天线传输到连接至输出板的接收器，并滤除其他频带的RF信号。
由发射器发射并从输入板引入的RF信号的功率大于由天线接收并在天线板引入的接收信号的功率。为了防止泄露的发射信号进入到与输出板连接的接收器的输入端，双工器400可被设计成在输入板和输出板之间提供高隔离度，尤其是对于接收频带，但也针对发射频带。
图6是改进的双工器600的放大平面示意图。改进的双工器具有输入板In、天线板Ant、输出板Out以及23个SAW谐振器，双工器600中的SAW谐振器与图4中双工器400的SAW谐振器设置类似。输入板、天线板、输出板以及SAW谐振器通过信号导体(例如信号导体642、644、646和648)相互连接。双工器600的电路示意图基本上与图5所示的电路示意图相同。在图6所示的双工器中，接地导体620、622、624、626、628延伸至未覆盖SAW谐振器和信号导体的压电基板上大部分表面区域。接地导体620、622、624、626、628中的至少一部分边缘呈锯齿形，即，接地导体中的至少一部分的边缘形成为多个齿状或锯齿状突起，例如锯齿状突起630、632、634、636、638。接地导体的锯齿状边缘正对一个或多个SAW谐振器。沿接地导体的锯齿状边缘上分布的所有锯齿状突起或部分锯齿状突起正对一个或多个呈非锯齿形的信号导体(信号导体与SAW谐振器相互连接)。例如，接地导体622连接谐振器X5与接地板GND2(接地板GND2是接地导体622上的预定区域)。接地导体622延伸覆盖基板610上的部分区域(该部分区域未覆盖SAW谐振器和信号导体)。沿接地导体622的边缘上分布的锯齿状突起正对呈非锯齿形的信号导体642、644、646和648。
如图6所示，沿接地导体622的边缘上分布的锯齿状突起可以呈三角形。部分或全部锯齿状突起可以是或者包括凸弯曲部分、凹弯曲部分、或者平滑、凸弯曲和/或凹弯曲部分的结合。弯曲部分可以是圆形的、抛物线状的、正弦曲线状的或者其他形状的。
沿接地导体的至少部分边缘上分布的多个锯齿状突起不要求具有一致的尺寸或形状。在三角形锯齿状突起的例子中，锯齿状突起的宽度w，深度d和内角Θ可以发生变化。锯齿状突起的宽度w和深度d可以大于在基板表面传播的声波的波长。例如，每个锯齿状突起的宽度w和深度d可在10微米到100微米之间。每个锯齿状突起的内角Θ可在45度到135度之间。锯齿状突起(例如锯齿状突起630、632、634、636、638)将声波散射，以减少在SAW谐振器之间的不期望的声波耦合。内角Θ接近90度的三角形锯齿状突起可将至少一部分入射声波溯源反射(retro-reflect)。
图7示出了曲线图700，在曲线图700中，将图4中的常规双工器(虚曲线所示)与图6中的改进双工器(实曲线所示)的参数|S(1，3)|进行了比较。参数|S(1，3)|是双工器的输入板和输出板之间的耦合度。图6中的改进双工器可在端口1与端口3之间在1.805GHz至1.88GHz的频率范围内提供约10dB至15dB的低耦合度(即10dB至15dB的高隔离度)。
虽然图6和图7的实施例示出了锯齿状接地导体改进了双工器的隔离效果，锯齿状接地导体还可用于减少SAW谐振器之间不期望的声波耦合，从而增加带阻滤波器的抑制度。

Claims (20)

1.一种滤波装置，包括：
两个或多个表面声波谐振器，形成于基板的表面上；和
至少一个接地导体，形成于所述基板的表面上，所述接地导体的边缘的至少一部分形成有多个锯齿状突起，至少一些锯齿状突起正对一个或多个呈非锯齿形的信号导体。
2.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述多个锯齿状突起被配置为将入射表面声波散射，以减少所述在两个或多个表面声波谐振器中的至少一些表面声波谐振器之间的声波耦合。
3.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述多个锯齿状突起中的至少一个呈三角形。
4.根据权利要求3所述的滤波装置，其特征在于，每个三角形锯齿状突起具有深度、宽度和夹角。
5.根据权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有不同的深度和宽度，并且所述深度和宽度大于由一个或多个表面声波谐振器激发的表面声波的波长。
6.根据权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的深度和宽度在10微米到100微米之间。
7.根据权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的内角在45度到135度之间。
8.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置是带阻滤波器。
9.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置是双工器。
10.一种滤波装置，包括：
具有表面的基板；
输入板、输出板和至少一个接地板，形成于所述基板的表面上；
滤波电路，连接在输入板与输出板之间，所述滤波电路包括形成于基板的表面上的两个或多个表面声波谐振器；以及
至少一个接地导体，形成于基板的表面上，并与所述至少一个接地板连接，接地导体的边缘上的至少一部分形成为多个锯齿状突起，多个锯齿状突起中的至少一些正对一个或者多个呈非锯齿形的信号导体。
11.根据权利要求10所述的滤波装置，其特征在于，多个锯齿状突起被配置为将入射表面声波散射，以减少所述多个表面声波谐振器中的至少一些表面声波谐振器之间的声波耦合。
12.根据权利要求10所述的滤波装置，其特征在于，所述多个锯齿状突起被配置为在预定频带内增加输入板与输出板之间的插入损耗。
13.根据权利要求10所述的滤波装置，其特征在于，所述多个锯齿状突起中的至少一个呈三角形。
14.根据权利要求13所述的滤波装置，其特征在于，每个三角形锯齿状突起具有深度、宽度和夹角。
15.根据权利要求14所述的滤波装置，其特征在于，三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有不同的深度和宽度，并且所述深度和宽度大于由一个或者多个表面声波谐振器激发的表面声波的波长。
16.根据权利要求14所述的滤波装置，其特征在于，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的深度和宽度在10微米到100微米之间。
17.根据权利要求14所述的滤波装置，其特征在于，所述三角形锯齿状突起中的至少一些各自具有的内角在45度到135度之间。
18.根据权利要求10所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置是带阻滤波器。
19.根据权利要求10所述的滤波装置，其特征在于，进一步包括：
天线板；
其中，滤波电路包括：接收滤波电路，连接在输入板和天线板之间；和传输滤波电路，连接在天线板与输出板之间。
20.根据权利要求19所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置是双工器。
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