CN111817688A - 一种高隔离度声表面波双工器及实现高隔离度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高隔离度声表面波双工器及实现高隔离度的方法，所述双工器具有天线端子、发送端子和接收端子，在天线端子与发送端子之间连接发送滤波器，在天线端子与接收端子之间连接接收滤波器，通过在接收滤波器端口串联抑制谐振器，以及优化纵向耦合滤波器的接地方式提高双工器通带的隔离度和抑制，同时还有利于实现双工器小型化的设计。

Description

一种高隔离度声表面波双工器及实现高隔离度的方法

技术领域

本发明涉及一种用于移动通信终端的双工器，尤其涉及一种高隔离度声表面波双工器及实现高隔离度的方法。

背景技术

现有双工器，通常在发射滤波器和接收端滤波器接入一个耦合电容(CG)以增强双工器的隔离度。接收滤波器(RX)由单端口声表面波(SAW)谐振器构成的梯形滤波器，梯形滤波器本身就存在面积占有率大的问题，同时引入耦合电容CG进一步增加了双工器芯片的面积。随着5G的发展，智能手机中的射频前端模块功能越复杂，体积越小，因此射频模块中的双工器急需小型化，现有的双工器设计不利于满足目前的移动通信终端要求双工器小型化的需求。此外，现有双工器通常还存在通带隔离度和衰减量不够大的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种有利于小型化设计，同时能够有效提高通带隔离度的双工器，以及实现双工器高隔离度的方法。

本发明的目的之一是这样实现的，提供一种高隔离度声表面波双工器，所述双工器具有天线端子、发送端子和接收端子，在天线端子与发送端子之间连接发送滤波器，在天线端子与接收端子之间连接接收滤波器，所述接收滤波器具有串联谐振臂S5和S6，串联谐振臂S5的一端与天线端子连接，另一端分别与纵向耦合谐振器的输入端和并联谐振臂P4连接；串联谐振臂S6的一端分别与纵向耦合谐振器的输出端和并联谐振臂P5连接，另一端与接收端子连接，并联谐振臂P4和P5的另一端与地电位连接。

优选的，发送滤波器具有4个串联谐振臂，分别为S1、S2、S3和S4，在串联谐振臂S1与S2之间连接有并联谐振臂P1，串联谐振臂S2与S3之间连接有并联谐振臂P2，串联谐振臂S3与S4之间连接有并联谐振臂P3；并联谐振臂P1和P3的另一端经由电感Ll连接于地电位，并联谐振臂P2另一端经由电感L2连接于地电位。

优选的，串联谐振臂S1-S4中，每个串联谐振臂至少包括3个SAW谐振器，并联谐振臂P1-P3中，每个并联谐振臂至少包含2个SAW谐振器。

优选的，串联谐振臂S5和并联谐振臂P4均至少包括两个谐振器，所述纵向耦合谐振器为9阶不平衡型DMS。

优选的，串联谐振臂S6包括一个谐振器，其反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。

优选的，串联谐振臂S5的反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。

优选的，包括双工器芯片和基板，双工器芯片包括压电衬底以及构建于所述压电衬底表面的所述发送滤波器和接收滤波器，基板的天线端子、发送端子和接收端子与双工器芯片的天线端子、发送端子和接收端子分别对应连接，且构建于压电衬底表面的所述纵向耦合谐振器直接与基板的地电位连接。

本发明还提供一种双工器实现高隔离度的方法，基于以上所述的双工器实施，控制串联谐振臂S6，使其反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。

进一步优选的，将串联谐振臂S5的反谐振频率fa控制在发送滤波器的通带范围内。

相对现有技术，本发明的显著进步性至少体现在：

本发明的双工器通过在接收滤波器端口串联抑制谐振器，可避免引入耦合电容CG，有利于实现双工器小型化的设计；此外，本发明的双工器通过优化DMS接地方式，有效提高双工器通带的隔离度和抑制。

附图说明

图1为本发明实施例的双工器的电路图；

图2为本发明实施例的发送滤波器和接收滤波器在压电衬底表面上的布置图；

图3为本发明实施例中的谐振器S6在不同频率下的导纳曲线；

图4为本发明一种实施例和比较例的发送滤波器的传输曲线；

图5为本发明一种实施例和比较例的接收滤波器的传输曲线；

图6为本发明一种实施例和比较例的隔离度曲线；

图7为本发明另一实施例的双工器与比较例的基板各金属层的构造示意性俯视图；

图8为本发明另一实施例和比较例的隔离度曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作详细说明。应该说明的是，本发明的具体实施方式并不限于所提供的具体实施例。

参阅图1所示，本发明一种实施例的高隔离度声表面波双工器，所述双工器具有天线端子（ANT）1、发送端子（TX）2和接收端子（RX）3，在天线端子1与发送端子2之间连接发送滤波器（TX Filter），在天线端子1与接收端子3之间连接接收滤波器（RX Filter）；所述接收滤波器由梯形滤波器单元和纵向耦合谐振器组成，梯形滤波器单元包括串联谐振臂S5和S6，以及并联谐振臂P4和P5，串联谐振臂S5的一端与天线端子1连接，另一端分别与纵向耦合谐振器的输入端和并联谐振臂P4连接；串联谐振臂S6的一端分别与纵向耦合谐振器的输出端和并联谐振臂P5连接，另一端与接收端子3连接，并联谐振臂P4和P5的另一端与地电位连接。一种可选的实施方式，串联谐振臂S5包括串联的谐振器S5a和S5b，谐振器S5a一端与天线端子1连接，谐振器S5b一端与谐振器S5a连接，另一端分别与纵向耦合谐振器的输入端和并联谐振臂P4连接；并联谐振臂P4包括谐振器P4a和P4b，谐振器P4a一端与谐振器S5b连接，谐振器P4b一端与谐振器P4a连接，另一端连接地电位。进一步的，串联谐振臂S5和S6，以及并联谐振臂P4和P5中的谐振器均采用SAW谐振器，所述纵向耦合谐振器7为9阶不平衡型DMS。

作为优选的实施方式，串联谐振臂S6包括一个谐振器，其反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。应该说明的是，将接收滤波器的串联谐振臂S6的谐振频率在发送滤波器的通带频段，且将S6的反谐振频率fa控制在发送滤波器的通带范围，此时S6的阻抗最大，发送滤波器通带频率的信号衰减增大，因此可增大接收滤波器在发送滤波器通带的抑制，同时提高双工器的隔离度。图3给出了本实施例的谐振器S6和比较例谐振器S6的频率导纳曲线，比较例谐振器S6的频率处于接收滤波器的通带附近，本实施例谐振器S6的频率处于发送滤波器的通带附近，且反谐振频率fa在发送滤波器的通带范围内。本实施例和比较例的性能曲线如图4-6所示，其中图4为本实施例和比较例发送滤波器的传输曲线；图5为本实施例和比较例接收滤波器的传输曲线；图6为本实施例和比较例的隔离度曲线。从图中可以看出本实施例通过谐振器S6的作用，使接收滤波器在发送滤波器通带的抑制增大，同时本实施例的隔离度在发送滤波器和接收滤波器通带整体提高。

作为进一步的优选，串联谐振臂S5的反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内，本实施例将双工器中接收滤波器的串联谐振臂S6和S5的反谐振频率fa都控制在发送滤波器通带范围，可进一步增大接收滤波器发送滤波器通带的抑制，进一步提高发送滤波器和接收滤波器通带的整体隔离度。

作为一种可选的实施方式，所述发送滤波器由梯形滤波器组成，发送滤波器具有4个串联谐振臂，分别为S1、S2、S3和S4，每个串联谐振臂包括3个SAW谐振器，这样可以增加发送滤波器的发射功率，具体的，S1包括串联的谐振器S1a、S1b和S1c，S2包括串联的谐振器S2a、S2b和S2c，S3包括串联的谐振器S3a、S3b和S3c，S4包括串联的谐振器S4a、S4b和S4c；同时，在串联谐振臂与地电位之间连接有并联谐振臂P1、P2和P3，每个并联谐振臂包含2个SAW谐振器，即P1包括谐振器P1a和P1b，P2包括谐振器P2a和P2b，P3包括谐振器P3a和P3b。更为具体的，并联谐振臂P1的一端连接于串联谐振臂的谐振器S1c和S2a之间的连接点，并联谐振臂P3的一端连接于串联谐振臂的谐振器S3c和S4a之间的连接点，并联谐振臂P1和并联谐振臂P3的另一端经由电感Ll连接于地电位，并联谐振臂P2的一端连接于串联谐振臂的谐振器S2c与串联谐振臂的谐振器S3a之间的连接点，另一端经由电感L2连接于地电位。

作为一种优选的实施例，高隔离度声表面波双工器包括基板和双工器芯片，所述基板上设置有天线端子、发送端子和接收端子，双工器芯片包括压电衬底8以及构建于所述压电衬底表面的所述发送滤波器和接收滤波器，基板的天线端子、发送端子和接收端子与双工器芯片的天线端子、发送端子和接收端子分别对应连接，且构建于压电衬底表面的所述纵向耦合谐振器7直接与基板的地电位连接。图7为本实施例的双工器与比较例的双工器的基板示意图，双工器通常会通过倒装焊将双工器芯片和基板进行封装，从图7可以看出本实施例的DMS接地1与中间层断开，直接与基板的地电位连接；而比较例的DMS接地1与中间层连接，比较例的链接方式会使双工器发送滤波器和接收滤波器的信号通过基板的中间层实现耦合，导致双工器的性能变差。而本实施例通过优化接收滤波器中纵向耦合谐振器DMS与基板的连接方式，进一步提高了双工器的隔离度。图8示出了本实施例和比较例的隔离度曲线，从图中可以看出，本实施例通过将接收滤波器中纵向耦合谐振器7直接到地，减小了发送滤波器与接收滤波器的信号耦合，使本实施例的隔离度在发送滤波器和接收滤波器通带整体提高，同时发送滤波器通带的隔离度曲线更平坦。

作为一种具体的实施方式，所述发送滤波器和接收滤波器的谐振器通过MEMS(微机电系统)工艺生长在压电衬底8表面，所述压电衬底包括LiTaO3（钽酸锂）、LiNbO3（铌酸锂）等压电衬底，双工器的封装是通过在压电衬底的电极焊盘上植金球(Bump)，然后通过倒装焊的方式实现压电衬底与基板的天线端子、发送端子、接收端子以及地电位连接。更为具体的，参阅图2所示，发送滤波器的串联谐振臂S1~S4以及并联谐振臂P1~P3连接在天线端子1与发送端子2之间，即焊盘9a与9c之间；并联谐振臂P1和P3通过焊盘9d与基板中的电感L1连接，并联谐振臂P2通过焊盘9b与基板中的电感L2连接；接收滤波器的串联谐振臂S5~S6、并联谐振臂P4~P5以及纵向耦合谐振器7连接在天线端子1与接收端子3之间，即焊盘9a与9f之间；并联谐振臂P4~P5以及纵向耦合谐振器7通过焊盘9e和9g与基板的地电位连接。

本发明实施例还提供一种双工器实现高隔离度的方法，基于以上所述的双工器实施，控制串联谐振臂S6，使其反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。应该说明的是，单端口SAW谐振器具有两个谐振点，串联谐振点和并联谐振点，SAW谐振器在串联谐振频率fr处导纳最大，衰减最小，能使信号从输入端口很好的送到输出端口；频率增加时，导纳明显减小，衰减明显增大；当频率增加到反谐振频率fa时，导纳达到最小，信号也衰减到接近零。本实施例中，通过串联谐振臂S6的谐振器S6起到抑制作用，使接收滤波器在发送滤波器通带的抑制增大，提高发送滤波器和接收滤波器通带的整体隔离度。进一步的，还可将串联谐振臂S5的反谐振频率fa控制在发送滤波器的通带范围内，可进一步增大接收滤波器在发送滤波器通带的抑制，提高通带的整体隔离度。

Claims (9)

1.一种高隔离度声表面波双工器，所述双工器具有天线端子、发送端子和接收端子，其特征在于，在天线端子与发送端子之间连接发送滤波器，在天线端子与接收端子之间连接接收滤波器，所述接收滤波器具有串联谐振臂S5和S6，串联谐振臂S5的一端与天线端子连接，另一端分别与纵向耦合谐振器的输入端和并联谐振臂P4连接；串联谐振臂S6的一端分别与纵向耦合谐振器的输出端和并联谐振臂P5连接，另一端与接收端子连接，并联谐振臂P4和P5的另一端与地电位连接。

2.根据权利要求1所述的高隔离度声表面波双工器，其特征在于，发送滤波器具有4个串联谐振臂，分别为S1、S2、S3和S4，在串联谐振臂S1与S2之间连接有并联谐振臂P1，串联谐振臂S2与S3之间连接有并联谐振臂P2，串联谐振臂S3与S4之间连接有并联谐振臂P3；并联谐振臂P1和P3的另一端经由电感Ll连接于地电位，并联谐振臂P2另一端经由电感L2连接于地电位。

3.根据权利要求2所述的高隔离度声表面波双工器，其特征在于，串联谐振臂S1-S4中，每个串联谐振臂至少包括3个SAW谐振器，并联谐振臂P1-P3中，每个并联谐振臂至少包含2个SAW谐振器。

4.根据权利要求1所述的高隔离度声表面波双工器，其特征在于，串联谐振臂S5和并联谐振臂P4均至少包括两个谐振器，所述纵向耦合谐振器为9阶不平衡型DMS。

5.根据权利要求1所述的高隔离度声表面波双工器，其特征在于，串联谐振臂S6包括一个谐振器，其反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。

6.根据权利要求5所述的高隔离度声表面波双工器，其特征在于，串联谐振臂S5的反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。

7.根据权利要求1所述的高隔离度声表面波双工器，其特征在于，包括双工器芯片和基板，双工器芯片包括压电衬底以及构建于所述压电衬底表面的所述发送滤波器和接收滤波器，基板的天线端子、发送端子和接收端子与双工器芯片的天线端子、发送端子和接收端子分别对应连接，且构建于压电衬底表面的所述纵向耦合谐振器直接与基板的地电位连接。

8.一种双工器实现高隔离度的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的双工器实施，控制串联谐振臂S6，使其反谐振频率fa处于发送滤波器的通带范围内。

9.根据权利要求8所述的双工器实现高隔离度的方法，其特征在于，将串联谐振臂S5的反谐振频率fa控制在发送滤波器的通带范围内。

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