CN111342812A - 两端口具有移相网络模块的滤波器，具有其的双工器和电子设备 - Google Patents
两端口具有移相网络模块的滤波器，具有其的双工器和电子设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种滤波器，包括：滤波器部；第一端口和第二端口，滤波器部连接在第一端口与第二端口之间，包括覆盖低频段的第一滤波器单元和覆盖高频段的第二滤波器单元；第一移相网络模块，连接在第二滤波器单元与第一端口之间；和第二移相网络模块，连接在第二滤波器单元与第二端口之间。至少一个移相网络模块包括：连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；和第一电感与第二电感，其中：两个电感的第一端分别连接到所述容性器件的两端，两个电感的第二端均接地，第一电感与第二电感之间形成互感。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种滤波器，一种具有该滤波器的双工器，以及一种具有该滤波器或双工器的电子设备。
背景技术
随着社会的发展,人们对通信、卫星定位、导航、移动互联网应用等需求日益旺盛，对于无线通讯中的频带资源分配日愈紧张。对于无线通讯频带的划分呈现出密集性、高频率和陡峭带宽的特点。
为满足需求，无线通讯系统朝着多功能、多频段、多协议的方向发展。如需要当前将无线通讯中的GSM、CDMA、WCDMA、GPS、WIFI等不同通信频段功能组合在一台产品上。这对无线通讯设备中的射频前端提出了更高的挑战。特别是由于整机尺寸日渐小型化，频率信道资源日愈拥挤，不同通信频带间隔愈发接近，为保证各系统正常工作而又不互相干扰，这要求其中的滤波器能够提供优良的滤波性能，实现对收发信号的低损耗和高隔离。
在各种类型的滤波器中，薄膜体声波滤波器利用压电晶体的压电效应产生谐振。由于谐振由机械波产生，而非电磁波作为谐振来源，机械波的波长比电磁波波长短很多。因此，薄膜体声波滤波器及其组成的谐振器提及相对传统的电磁滤波器尺寸大幅度减小。另一方面，由于压电晶体的晶向生长目前能够良好控制，谐振器的损耗极小，品质因数高，能够应对陡峭过渡带和低插入损耗等复杂设计要求。由于体声波滤波器具有的尺寸小、高滚降、低插损等特性，以此为核心的滤波器在通讯系统中得到了广泛的应用。
然而，由于体声波谐振器所依赖的压电材料的压电耦合系数一般都不高，如氮化铝(AlN)才为0.063，导致体声波滤波器只能适合窄带滤波器，为满足射频前端宽带滤波器的需要，近年来，相关研究人员例如以在并联谐振器上并联大电感的方案开发出宽带滤波器，其虽然可改变并联谐振器的并联谐振频率从而达到拓宽带宽的目的，但是在并联谐振器上并联一个大电感，虽然拓宽了带宽，但是恶化了带外抑制，该方案只能用在带外抑制不高的情况下。
目前既能实现体声波谐振器宽带要求，还能实现带外高抑制的技术还没有出现。
发明内容
为缓解或解决使用现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。
本发明的实施例提出了一种滤波器，包括：滤波器部，包括覆盖低频段的第一滤波器单元和覆盖高频段的第二滤波器单元；第一端口和第二端口，滤波器部连接在第一端口与第二端口之间；第一移相网络模块，连接在第二滤波器单元与第一端口之间；和第二移相网络模块，连接在第二滤波器单元与第二端口之间。
可选的，第一移相网络模块与第二移相网络模块相同。
可选的，至少一个移相网络模块包括：连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；和第一电感与第二电感，其中：两个电感的第一端分别连接到所述容性器件的两端，两个电感的第二端均接地。进一步的，第一电感与第二电感之间形成互感。
可选的，至少一个移相网络模块包括：连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；和第一传输线器件与第二传输线器件，两个传输线器件的第一端分别连接到所述容性器件的两端，两个传输线器件的第二端均接地。
可选的，至少一个移相网络模块包括：连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；传输线器件，传输线器件的第一端连接到所述容性器件的一端，传输线器件的第二端接地；和电感，电感的第一端连接到所述容性器件的另一端，电感的第二端接地。
可选的，所述滤波器为薄膜体声波滤波器。
根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种双工器单元，包括：封装载板；高频带通滤波器单元和低频带通滤波器单元，两个滤波器单元分别设置于高频带通滤波器芯片和低频带通滤波器芯片，高频带通滤波器芯片和低频带通滤波器芯片封装于所述封装载板，且适于共同连接于两个公共端口，其中：高频带通滤波器单元为上述的第二滤波器单元；且所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述两个公共端口。
可选的，每个移相网络模块设置于对应的移相网络模块芯片；且所述移相网络模块芯片、所述高频带通滤波器芯片和所述低频带通滤波器芯片均集成于所述封装载板上，相应的芯片之间采用键合线连接。
可选的，至少一个移相网络模块设置于所述封装载板中；或者至少一个移相网络模块设置于高频带通滤波器芯片。
根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种双工器，包括上述的双工器单元。
根据本发明的实施例的还一方面，提出了一种电子设备，包括上述的滤波器，或者包括上述的双工器单元。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1为现有技术中的组合式宽带滤波器(双工器)的原理图；
图2为根据本发明的一个示例性实施例的组合式宽带滤波器(双工器)的原理图；
图3为根据本发明的一个示例性实施例的组合式宽带滤波器(双工器)的拓扑结构图；
图4为双工器的第二支路在Smith圆图上的阻抗曲线，其中实线为没有设置移相网络模块时第二支路的阻抗曲线，而虚线为如图3所示设置了移相网络模块时第二支路的阻抗曲线；
图5示例性示出了根据图3的双工器的幅频响应曲线，其中横坐标是频率，纵坐标为插入损耗，其中实线为两个移相网络模块存在时的插入损耗，而虚线为两个移相网络模块不存在时的插入损耗；
图6为图5中的局部放大示意图；
图7示例性示出了滤波器的回波损失；
图8为对应于图3的双工器的键合线封装形式的示意图；
图9为根据本发明的移相网络模块的变形实施例的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
本发明提出了高抑制组合式宽带滤波器的实现方式，高抑制组合式宽带滤波器如图2所示。该高抑制组合式宽带滤波器主要由两个滤波器支路组成，第一滤波器支路主要由覆盖低频段的低频带通滤波器10构成，与图1中不同，第二滤波器支路包括覆盖高频段的高频带通滤波器20以及和高频带通滤波器20两端相连的移相网络模块21、22，移相网络模块21、22用于改变高频带通滤波器20的阻抗特性，进而改善由低频带通滤波器10和高频带通滤波器20组成的宽带滤波器中间部分的插损，第一滤波器支路和第二滤波器支路的输入端口并接于公共端口30，第一滤波器支路和第二滤波器支路的输出端口并接于公共端口31。低频带通滤波器和高频带通滤波器可由体声波谐振器来实现。
图3为根据本发明的一个示例性实施例的组合式宽带滤波器(双工器)的拓扑结构图。
如图3所示，该组合式宽带滤波器主要由两个体声波滤波器支路组成。
如图3所示，第一滤波器支路为可以覆盖低频的滤波器101，其电路拓扑结构为4-3梯形结构，主要由4个串联谐振器、3个并联谐振器、3个电感组成。其中串联谐振器包括S11、S12、S13、S14，并联谐振器包括P11、P12、P13，电感为L11、L12、L13。串联谐振器S11、S12、S13、S14依次串联连接，形成串联支路。并联谐振器P11、P12、P13分别和电感L11、L12、L13先串联连接，然后并联到串联支路相应的节点上。由并联谐振器P11和电感L11组成的并联支路，一端接于串联谐振器S11和S12之间，另一端接地；由并联谐振器P12和电感L12组成的并联支路，一端接于串联谐振器S12和S13之间，另一端也接地；由并联谐振器P13和电感L13组成的并联支路，一端接于串联谐振器S13和S14之间，另一端也接地。滤波器101的并联谐振器P11、P12、P13需要加载质量负载，使其并联谐振频率和串联谐振器S11、S12、S13、S14的串联谐振频率接近，由此形成一个覆盖低频的带通滤波器，而电感L11、L12、L13起到控制该滤波器传输零点的作用，进而影响带外抑制。
如图3所示，第二滤波器支路由可以覆盖高频的滤波器201、移相网络模块211、移相网络模块221组成，移相网络模块211、221分别串联到滤波器201的两端。
滤波器201，其电路拓扑结构为4-3梯形结构，主要由4个串联谐振器、3个并联谐振器、3个电感组成。其中串联谐振器包括S21、S22、S23、S24，并联谐振器包括P21、P22、P23，电感为L21、L22、L23。串联谐振器S21、S22、S23、S24依次串联连接，形成串联支路，并联谐振器P21、P22、P23分别和电感L21、L22、L23先串联连接，然后并联到串联支路相应的节点上。由并联谐振器P21和电感L21组成的并联支路，一端接于串联谐振器S21和S22之间，另一端接地；由并联谐振器P22和电感L22组成的并联支路，一端接于串联谐振器S22和S23之间，另一端也接地；由并联谐振器P23和电感L23组成的并联支路，一端接于串联谐振器S23和S24之间，另一端也接地。滤波器201的并联谐振器P21、P22、P23需要加载质量负载，使其并联谐振频率和串联谐振器S21、S22、S23、S24的串联谐振频率接近，由此形成一个覆盖高频的带通滤波器，而电感L21、L22、L23起到控制该滤波器传输零点的作用，进而影响带外抑制。
移相网络模块211由电容C1和并联到该电容的2个电感L31、L32组成，在进一步的实施例中，电感L31、L32之间有互感M1(图8中示例性示出了互感M1的形成方式，可以是如图8中所示的交叉耦合方式，也可以是在上下方向上彼此邻近布置的方式等)。移相网络模块221由电容C2和并联到该电容的2个电感L33、L34组成，在进一步的实施例中，电感L33、L34之间有互感M2(图8中示例性示出了互感M2的形成方式，可以是如图8中所示的交叉耦合方式，也可以是在上下方向上彼此邻近布置的方式等)。
移相网络模块211、移相网络模块221主要对滤波器201临近滤波器101频段的阻抗曲线进行调节，从而改善带内的插损。如图4所示，实线为未加移相网络模块时第二滤波器支路的阻抗曲线(在史密斯(Smith)圆图上表示)，其中AB段为第二滤波器支路覆盖的频率范围，BC段为临近第一滤波器支路覆盖的频段，加上移相网络模块后，整个第二滤波器支路的阻抗曲线变成图4的虚线，其中A1B1段为第二滤波器支路覆盖的频率范围，B1C1段为临近第一滤波器支路覆盖的频段，通过移相网络模块后，B1C1段更加靠近开路端，进而减少对第一滤波器支路的影响，由此改善带内插损(例如参见图5-6及其相关描述)。
如图3所示，第一滤波器支路和第二滤波器支路的输入端口并接于公共端口1，形成该组合式滤波器的输入端口，第一滤波器支路和第二滤波器支路的输出端口并接于公共端口2，形成该组合式滤波器的输出端口；该组合式滤波器的输入端口并联了一个电感L41,该组合式滤波器的输出端口并联了一个电感L42。
作为本发明的基于图3的方案的一个示例性实施例，发明人设计了能覆盖2.49-2.71GHz频段的带通滤波器，此滤波器具有较大的相对带宽，相对带宽可达8.1％，第一滤波器支路覆盖2.49-2.59GHz，第二滤波器支路覆盖2.59-2.71GHz。
图5为插入损耗图，邻带(2.2-2.47GHz和2.75-2.36GHz)抑制大于45dB，而覆盖1.5-2.2GHz的频带抑制大于34dB，整个滤波器有较高的带外抑制。
图6为覆盖2.49-2.71GHz频段的滤波器特性局部放大图，实线为两个移相网络模块存在时的插损，虚线为两个移相网络模块不存在时的插损。可以看到，由于两个移相网络模块的存在，滤波器中心频带2.56-2.61GHz部分的插损在1.8dB以内，而移相网络模块不存在时，中心频带2.56-2.61GHz部分的插损恶化到3.3dB，由此两个移相网络模块的存在改善了滤波器的带内插损。
图7为上述方案相应的回波损耗图，如图所示，滤波器两个端口回波损耗均在20dB以下。
图8为对应于图3的双工器的键合线封装形式的示意图。图8为键合线封装形式，其中滤波器101的各体声波谐振器集成于芯片02上，滤波器101的各电感集成于PCB 01(对应于封装载板)上，滤波器201的各体声波谐振器集成于芯片03上，滤波器201的各电感集成于PCB 01上，而移相网络模块211用集成无源器件IPD(integrated passive devices)工艺实现，并集成于芯片04上，移相网络模块221用集成无源器件IPD(integrated passivedevices)工艺实现，并集成于芯片05上。IPD工艺具有高集成度、小尺寸、高Q值等特点，可以和体声波谐振器很好集成。芯片02、03、04、05再通过键合线方式集成于PCB 01之上。
不过，虽然没有示出，在芯片3上的空间足够大的情况下(例如采用缩小尺寸的体声波谐振器实现)，可以将两个移相网络模块直接设置于该芯片3中。
此外，虽然没有示出，在封装载板例如采用LTCC基板的情况下，还可以直接将移相网络模块设置于封装载板中。
在图3的实施例中，移相网络模块均为由电容以及并联在其两端的两个接地电感构成，如图8所示，该两个接地电感还形成互感。不过，移相网络模块不限于此。例如，两个并联的电感可以不形成互感。
此外，图9中还示出了移相网络模块的可选形式。参见图9中的左侧图，一个移相网络模块包括：连接在对应端口与滤波器部之间的电容C1；传输线器件TL32，传输线器件TL32的第一端连接到电容C1的一端，传输线器件TR32的第二端接地；和电感L31，电感L31的第一端连接到电容C1的另一端，电感L31的第二端接地。图9中的右侧图为利用传输线器件TL31代替了图3中的移相网络模块中的电感L31。
虽然没有示出，在一个实施例中，移相网络模块包括：连接在对应端口与滤波器部之间的电容；和第一传输线器件与第二传输线器件，两个传输线器件的第一端分别连接到所述电容的两端，两个传输线器件的第二端均接地。
还需要指出的是，在本发明中，移相网络模块中的电感可以为等效电感器件，电容可以为等效电容器件。
以上以双工器或者具有两个薄膜体声波滤波器支路的组合式宽带滤波器为例进行说明。需要指出的是，虽然以薄膜体声波滤波器为例进行描述，本发明的滤波器不限于薄膜体声波滤波器。
相应的，本发明的实施例也提出了一种滤波器，包括：
滤波器部，其具有第一滤波器单元(例如可以对应于图3中上部的大矩形虚线框所示)，和第二滤波器单元(例如可以对应于图3中下部大的矩形虚线框所示)；
第一端口(可以对应于例如图3中的端口1)和第二端口(可以对应于例如图3中的端口2)，滤波器部连接在第一端口与第二端口之间；
第一移相网络模块(例如对应于图3中的左侧的小矩形虚框所示)，连接在第二滤波器单元与第一端口之间；和
第二移相网络模块(例如对应于图3中的右侧的小矩形虚框所示)，连接在第二滤波器单元与第二端口之间。
基于以上，本发明提出了一种双工器单元，包括：封装载板(例如对应于图8中的PCB01)；和高频带通滤波器单元和低频带通滤波器单元，两个滤波器单元分别设置于高频带通滤波器芯片(例如参见图8中的芯片03)和低频带通滤波器芯片(例如参见图8中的芯片02)，高频带通滤波器芯片和低频带通滤波器芯片封装于所述封装载板，且适于共同连接于两个公共端口，其中：高频带通滤波器为上述的第二滤波器单元。
本发明也涉及一种具有上述双工器单元的双工器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者双工器。需要指出的是，这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机、智能手表等终端产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (12)
1.一种滤波器，包括：
滤波器部，包括覆盖低频段的第一滤波器单元和覆盖高频段的第二滤波器单元；
第一端口和第二端口，滤波器部连接在第一端口与第二端口之间；
第一移相网络模块，连接在第二滤波器单元与第一端口之间；和
第二移相网络模块，连接在第二滤波器单元与第二端口之间。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其中：
第一移相网络模块与第二移相网络模块相同。
3.根据权利要求1或2所述的滤波器，其中，至少一个移相网络模块包括：
连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；和
第一电感与第二电感，
其中：两个电感的第一端分别连接到所述容性器件的两端，两个电感的第二端均接地。
4.根据权利要求3所述的滤波器，其中：
第一电感与第二电感之间形成互感。
5.根据权利要求1或2所述的滤波器，其中，至少一个移相网络模块包括：
连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；和
第一传输线器件与第二传输线器件，两个传输线器件的第一端分别连接到所述容性器件的两端，两个传输线器件的第二端均接地。
6.根据权利要求1或2所述的滤波器，其中，至少一个移相网络模块包括：
连接在对应端口与第二滤波器单元之间的容性器件；
传输线器件，传输线器件的第一端连接到所述容性器件的一端，传输线器件的第二端接地；和
电感，电感的第一端连接到所述容性器件的另一端，电感的第二端接地。
7.根据权利要求1所述的滤波器，其中：
所述滤波器为薄膜体声波滤波器。
8.一种双工器单元，包括：
封装载板；和
高频带通滤波器单元和低频带通滤波器单元，两个滤波器单元分别设置于高频带通滤波器芯片和低频带通滤波器芯片，高频带通滤波器芯片和低频带通滤波器芯片封装于所述封装载板，且适于共同连接于两个公共端口，
其中：
高频带通滤波器单元为根据权利要求1-7中任一项所述的滤波器的第二滤波器单元；且
所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述两个公共端口。
9.根据权利要求8所述的双工器单元，其中：
每个移相网络模块设置于对应的移相网络模块芯片；且
所述移相网络模块芯片、所述高频带通滤波器芯片和所述低频带通滤波器芯片均集成于所述封装载板上，相应的芯片之间采用键合线连接。
10.根据权利要求8所述的双工器单元，其中：
至少一个移相网络模块设置于所述封装载板中；或者
至少一个移相网络模块设置于高频带通滤波器芯片。
11.一种双工器，包括根据权利要求8-10中任一项所述的双工器单元。
12.一种电子设备，包括根据权利要求1-7中任一项所述的滤波器，或者包括根据权利要求8-10中任一项所述的双工器单元。
Priority Applications (2)
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