CN112787622B - 声波滤波器、多工器以及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声波滤波器、多工器以及通信设备，有助于改善非线性性能。该声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组串联拆分谐振器组，该串联拆分谐振器组至少包含第一拆分谐振器和第二拆分谐振器，所述第一拆分谐振器上并联有一个或多个第一附加谐振器。

Description

声波滤波器、多工器以及通信设备

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别地涉及一种声波滤波器、多工器以 及通信设备。

背景技术

滤波器中的谐振器在射频信号输入的时候会产生非线性成分，非线性 成分对导致通信系统性能恶化。现有技术中，通过谐振器的非线性拆分会 使射频信号分别在两个拆分谐振器的上下电极通过，产生的非线性成分幅 度相同且相位相反，因此可以消除非线性成分。其中串联拆分是一种常见 方式。图1是根据现有技术中的声波滤波器的一种结构的示意图。该滤波 器10中，输入端131和输出端132之间有电感121、122以及多个谐振器 (通常称作串联谐振器)101～104，各串联谐振器的连接点与接地端之间 的多个支路(通常称作并联支路)上分别设置有谐振器111～113(通常称 作并联谐振器)，以及电感123～125。作为举例，其中的谐振器102可以拆 分为两个串联的谐振器102a和102b，同理，谐振器113可以拆分为两个 串联的113a和113b。

但是，实际情况中，信号通过串联拆分谐振器的第一个谐振器时，信 号的功率和幅度会降低，因此导致在两个串联拆分谐振器上的产生的非线 性成分的幅度会有不同，两个串联拆分谐振器相位也无法完全反相，所以 改善非线性的效果会变差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种声波滤波器、多工器以及通信设备，有 助于改善非线性性能。

本发明提供如下技术方案：

一种声波滤波器，所述声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其 中包含至少1组串联拆分谐振器组，该串联拆分谐振器组至少包含第一拆 分谐振器和第二拆分谐振器，所述第一拆分谐振器上并联有一个或多个第 一附加谐振器。

可选地，所述多个第一附加谐振器为串联、并联或者混联。

可选地，所述第一附加谐振器与所述第一拆分谐振器存在以下一项或 多项的不同：谐振器层叠结构；所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚 度；所述谐振器层叠结构中的一层或者多层的材料。

可选地，所述第二拆分谐振器上并联有一个或多个第二附加谐振器， 至少一个所述第一附加谐振器与至少一个所述第二附加谐振器存在以下 一项或多项的不同：面积、形状、谐振器层叠结构、所述谐振器层叠结构 中的一层或多层的厚度、所述谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

可选地，所述第二附加谐振器与所述第二拆分谐振器存在以下一项或 多项的不同：所述谐振器层叠结构；所述谐振器层叠结构中的一层或多层 的厚度；谐振器的层叠结构中的一层或者多层的材料。

可选地，所述串联拆分谐振器组由第一拆分谐振器和第二拆分谐振器 构成；所述第一拆分谐振器上并联有一个第一附加谐振器，该第一附加谐 振器的输入功率介于(1-a1)/a2×P1和a1×(1-a3)×P1/a2/a3之间，其中：a1和 a3取值0.8～1，a2取值0～1，P1表示第一拆分谐振器的功率。

一种改善声波滤波器非线性性能的方法，所述声波滤波器包含多个压 电声波谐振器，并且其中包含至少1组串联拆分谐振器组，包括：向所述 串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多个第一附加谐振器。

可选地，所述多个第一附加谐振器为串联、并联或者混联。

可选地，所述第一附加谐振器与所述第一拆分谐振器存在以下一项或 多项的不同：谐振器层叠结构；所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚 度；所述谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

可选地，向所述串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多 个第一附加谐振器的步骤之后，还包括：调整所述第一附加谐振器的层叠 结构、层叠结构的厚度和层叠结构材料，在所述第一附加谐振器的层叠结 构、层叠结构的厚度和层叠结构材料与所述第一拆分谐振器的层叠结构、 层叠结构的厚度和层叠结构的材料相同的情况下，将所述第一附加谐振器 与所述第一拆分谐振器融合成1个整体谐振器。

可选地，向所述串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多 个第一附加谐振器的步骤之后，还包括：向所述串联拆分谐振器组中的第 二拆分谐振器上并联一个或多个第二附加谐振器，至少一个所述第一附加 谐振器与至少一个所述第二附加谐振器存在以下一项或多项的不同：面积、 形状、谐振器层叠结构、所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度、所 述谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

可选地，所述第二附加谐振器与所述第二拆分谐振器存在以下一项或 多项的不同：所述谐振器层叠结构；所述谐振器层叠结构中的一层或多层 的厚度；所述谐振器的层叠结构中的一层或者多层的材料。

可选地，所述串联拆分谐振器组由第一拆分谐振器和第二拆分谐振器 构成；向所述第一拆分谐振器上并联一个第一附加谐振器，该第一附加谐 振器的输入功率介于(1-a1)/a2×P1和a1×(1-a3)×P1/a2/a3之间，其中：a1和 a3取值0.8～1，a2取值0～1，P1表示第一拆分谐振器的功率。

一种多工器，包含本发明所述的声波滤波器。

一种通信设备，包含本发明所述的声波滤波器。

本发明通过在串联拆分结构的其中至少一个拆分谐振器上，并联一个 或者多个附加谐振器来改善非线性，并从功率平均分布的角度，对并联的 小的谐振器的面积和阻抗进行具体分析，来保证有较好的非线性改善效果。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是 参考附图来描述本发明，其中：

图1是普通滤波器拓扑结构中谐振器的串联拆分的电路示意图。

图2是现有的串联拆分得到的两个串联关系的谐振器的器件示意图；

图3是本发明第一实施例声波滤波器的局部器件示意图；

图4是本发明第二实施例声波滤波器的局部器件示意图；

图5是本发明第三实施例声波滤波器的局部器件示意图；

图6A和图6B分别是本发明实施例的声波滤波器的第一拆分谐振器 与第一附加谐振器的器件剖面对比示意图；

图7是本发明第四实施例声波滤波器的局部器件示意图；

图8是本发明第五实施例声波滤波器的局部器件示意图；图9是关于 现有技术中的串联拆分方式的非线性分析图；

图10是本发明实施例的技术方案中的非线性分析图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明，先将发明原理做详细阐述。 如图2所示，现有的串联拆分得到的两个串联关系的第一拆分谐振器A和 第二拆分谐振器B，001表示下电极，002表示压电层，003表示上电极。 第一拆分谐振器A和第二拆分谐振器B二者面积相同，形状也完全相同。 形状和面积完全相同对版图有较大的限制，会造成版图面积的浪费和部分 走线的延长，所以使芯片成本增加且性能会有一定的恶化。图2中箭头表 示第一拆分谐振器A和第二拆分谐振器B产生的非线性成分反相。如背 景技术描述的，实际情况下第一拆分谐振器A和第二拆分谐振器B的非 线性成分的幅度会有不同，无法理想地抵消。

本发明实施方式的声波滤波器，声波滤波器包含多个压电声波谐振器， 并且其中包含至少1组串联拆分谐振器组，串联拆分谐振器组中的第一拆 分谐振器上并联有一个或多个第一附加谐振器。

在本发明实施例的声波滤波器中，当第一附加谐振器的数量为多个时， 这些第一附加谐振器可以为串联、并联或者混联。混联的定义即既包括串 联连接也包括并联连接。

在本发明实施例的声波滤波器中，第一附加谐振器与第一拆分谐振器 可以存在以下一项或多项的不同：谐振器层叠结构；谐振器层叠结构中的 一层或多层的厚度；谐振器层叠结构中的一层或者多层的材料。其中，谐 振器层叠结构是指构成谐振器的多个金属层、压电层和非金属层等多层结 构在水平和垂直方向上的分布。

具体地，图3本发明第一实施例声波滤波器的局部器件示意图，其基 础结构为串联拆分的第一拆分谐振器A和第二拆分谐振器B。该实施例与 现有技术(参考图2)的区别在于第一拆分谐振器A并联了一个第一附加 谐振器C。该实施例通过在串联拆分得到的两个谐振器中之一的大谐振器 上并联一个小的第一附加谐振器，以此来调节大谐振器上的信号幅度和相 位，以此来调节谐振器上产生的非线性成分的幅度和相位，保证有较好的 非线改善效果。

第一附加谐振器的数量可以为2个或者2个以上，并且这些第一附加 谐振器可以是串联、并联或者混联等方式，灵活地连接。可以理解为图3 中的第一附加谐振器C可以进一步拆分，可以如图4所示采用串联拆分成 第一附加谐振器C1和第一附加谐振器C2，也可以如图5所示采用并联拆 分成第一附加谐振器C3和C4。当第一附加谐振器的数量为2个以上时， 这些第一附加谐振器直接还可以为混联形式，本领域技术人员可灵活设计， 此处不赘述。

本发明实施方式中，第一附加谐振器与第一拆分谐振器存在以下一项 或多项的不同：谐振器层叠结构；谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度； 谐振器层叠结构中的一层或者多层的材料。例如：第一拆分谐振器采用普 通层叠结构，而第一附加谐振器采用具有局部细节设计的特殊层叠结构， 二者的层叠结构不同。又例如，第一附加谐振器与第一拆分谐振器层叠结 构中的一层或多层的厚度不一致。在本实施例中，第一拆分谐振器的剖面 图如图6A所示，第一附加谐振器的剖面图如图6B所示，二者对比可知 下电极001、压电层002和上电极003的厚度均不相同。再例如：第一拆 分谐振器的层叠结构中的压电层采用氮化铝，而第一附加谐振器的层叠结 构中的压电层采用掺杂氮化铝，二者的材料不同。

本发明实施方式中，第二拆分谐振器上并联有一个或多个第二附加谐 振器，至少一个第一附加谐振器与至少一个第二附加谐振器存在以下一项 或者多项的不同：面积、形状、谐振器层叠结构、谐振器层叠结构中的一 层或多层的厚度、谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。例如，如图7 所示，第一拆分谐振器A并联了第一附加谐振器C，第二拆分谐振器B 并联了第二附加谐振器D，第一附加谐振器C与第二附加谐振器的面积并 不相同。

本发明实施方式的改善声波滤波器非线性性能的方法，其中，声波滤 波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组串联拆分谐振器组， 该方法包括：向串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多个第 一附加谐振器。

在本发明实施例的改善声波滤波器非线性性能的方法，当第一附加谐 振器的数量为多个时，这些第一附加谐振器可以为串联、并联或者混联。 混联的定义即既包括串联连接也包括并联连接。

在本发明实施例的改善声波滤波器非线性性能的方法，第一附加谐振 器与第一拆分谐振器存在以下一项或多项的不同：谐振器层叠结构；谐振 器层叠结构中的一层或多层的厚度；谐振器层叠结构中的一层或多层的材 料。

在本发明另一实施方式的改善声波滤波器非线性性能的方法中，多个 第一附加谐振器为并联；向串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一 个或多个第一附加谐振器的步骤之后，还包括：调整第一附加谐振器的层 叠结构、层叠结构的厚度和层叠结构材料，在第一附加谐振器的层叠结构、 层叠结构的厚度和层叠结构材料与第一拆分谐振器的层叠结构、层叠结构 的厚度和层叠结构的材料相同的情况下，将第一附加谐振器与第一拆分谐 振器融合成1个整体谐振器。即如图8所示，调整后得到的整体拆分谐振 器A0与原有基础的第二拆分谐振器B的相关参数可以不必完全相同(和 图2中第一拆分谐振器A和第二拆分谐振器B具有相同参数的情况有区 别)。

在本发明实施方式的改善声波滤波器非线性性能的方法中，向串联拆 分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多个第一附加谐振器的步骤 之后，还向串联拆分谐振器组中的第二拆分谐振器上并联一个或多个第二 附加谐振器，至少一个第一附加谐振器与至少一个第二附加谐振器存在以 下一项或多项的不同：面积、形状、谐振器层叠结构、谐振器层叠结构中 的一层或多层的厚度、谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

在本发明实施方式的改善声波滤波器非线性性能的方法中，第二附加 谐振器与第二拆分谐振器存在以下一项或多项的不同：谐振器层叠结构； 谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度；谐振器的层叠结构中的一层或者 多层的材料。

图9中表示现有技术中不添加并联的第一附加谐振器的时候的情况， 其中Res1和Res3均为原有的串联拆分的两个大谐振器(即串联关系的第 一拆分谐振器和第二拆分谐振器)。当一个信号幅度为P的信号输入Res1 中，输出为a1×P，其中a1是一个系数，表明经过Res1后信号强度的剩余 比例。此信号再经过Res3后，输出为a3×a1×P，其中a3为经过Res3后信 号强度的剩余比例。由图9可以看出，经过Res1和经过Res3的信号强度 是不同的，因此产生的非线性成分也是不同的，难以通过反相来消除。

图10是本发明实施例的添加了与第一拆分谐振器并联的第一附加谐 振器(即Res2)后的非线性分析。当采用图中的结构，由于部分功率从 P2从Res2经过，因此Res1的输入功率为P1，输出的功率为a1×P1，Res3 的输入功率为a1×P1+a2×P2，输出功率为a3×(a2×P2+a1×P1)。

因此当保证Res1和Res3的输入功率相等时，P1＝a1×P1+a2×P2，此时 经过换算得到P2＝(1-a1)/a2×P1；当保证Res1和Res3的输出功率相等时， a1×P1＝a3×(a2×P2+a1×P1)，此时经换算P2＝a1×(1-a3)/a2/a3。取P2介于 (1-a1)/a2×P1和a1×(1-a3)×P1/a2/a3之间。

其中a1和a3取值0.8～1，最好0.9～1；a2取值0～1，最好0.3～0.6；其 中P1/P2＝Z2/Z1，其中Z2和Z1分别为Res2和Res1的输入阻抗，当Res1 和Res2频率相等时，阻抗比反比与面积比，也就是P1/P2＝S1/S2，其中 S1和S2分别为Res1和Res2的面积。

当满足上述P2介于(1-a1)/a2×P1和P2＝a1×(1-a3)/a2/a3之间的条件时， Res1和Res3产生的非线性能够更好的被抵消，因此滤波器的非线性性能 会更好。

综上，本发明通过在串联拆分结构的其中至少一个拆分谐振器上，并 联一个或者多个小的附加谐振器来改善非线性，并从功率平均分布的角度， 对并联的小的谐振器的面积和阻抗进行具体分析，来保证有较好的非线性 改善效果。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术 人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修 改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、 等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (13)

1.一种声波滤波器，所述声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组串联拆分谐振器组，该串联拆分谐振器组至少包含第一拆分谐振器和第二拆分谐振器，其特征在于，

所述第一拆分谐振器上并联有一个或多个第一附加谐振器；

所述第一附加谐振器与所述第一拆分谐振器存在以下一项或多项的不同：

谐振器层叠结构；

所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度；

所述谐振器层叠结构中的一层或者多层的材料。

2.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一拆分谐振器上并联的多个第一附加谐振器为串联、并联或者混联。

3.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述第二拆分谐振器上并联有一个或多个第二附加谐振器，至少一个所述第一附加谐振器与至少一个所述第二附加谐振器存在以下一项或多项的不同：

面积、形状、谐振器层叠结构、所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度、所述谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

4.根据权利要求3所述的声波滤波器，其特征在于，所述第二附加谐振器与所述第二拆分谐振器存在以下一项或多项的不同：

所述谐振器层叠结构；

所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度；

谐振器的层叠结构中的一层或者多层的材料。

5.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，

所述串联拆分谐振器组由第一拆分谐振器和第二拆分谐振器构成；

所述第一拆分谐振器上并联有一个第一附加谐振器，该第一附加谐振器的输入功率介于(1-a1)/a2×P1和a1×(1-a3)×P1/a2/a3之间，其中：a1和a3取值0.8~1，a2取值0~1，P1表示第一拆分谐振器的功率。

6.一种改善声波滤波器非线性性能的方法，所述声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组串联拆分谐振器组，其特征在于，包括：

向所述串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多个第一附加谐振器；

所述第一附加谐振器与所述第一拆分谐振器存在以下一项或多项的不同：

谐振器层叠结构；

所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度；

所述谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一拆分谐振器上并联的多个第一附加谐振器为串联、并联或者混联。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

向所述串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多个第一附加谐振器的步骤之后，还包括：

调整所述第一附加谐振器的层叠结构、层叠结构的厚度和层叠结构材料，在所述第一附加谐振器的层叠结构、层叠结构的厚度和层叠结构材料与所述第一拆分谐振器的层叠结构、层叠结构的厚度和层叠结构的材料相同的情况下，将所述第一附加谐振器与所述第一拆分谐振器融合成1个整体谐振器。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，向所述串联拆分谐振器组中的第一拆分谐振器并联一个或多个第一附加谐振器的步骤之后，还包括：

向所述串联拆分谐振器组中的第二拆分谐振器上并联一个或多个第二附加谐振器，至少一个所述第一附加谐振器与至少一个所述第二附加谐振器存在以下一项或多项的不同：

面积、形状、谐振器层叠结构、所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度、所述谐振器层叠结构中的一层或多层的材料。

10.根据权利要求9所述的声波滤波器，其特征在于，所述第二附加谐振器与所述第二拆分谐振器存在以下一项或多项的不同：

所述谐振器层叠结构；

所述谐振器层叠结构中的一层或多层的厚度；

所述谐振器的层叠结构中的一层或者多层的材料。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述串联拆分谐振器组由第一拆分谐振器和第二拆分谐振器构成；

向所述第一拆分谐振器上并联一个第一附加谐振器，该第一附加谐振器的输入功率介于(1-a1)/a2×P1和a1×(1-a3)×P1/a2/a3之间，其中：a1和a3取值0.8~1，a2取值0~1，P1表示第一拆分谐振器的功率。

12.一种多工器，其特征在于，包含权利要求1至5中任一项所述的声波滤波器。

13.一种通信设备，其特征在于，包含权利要求1至5中任一项所述的声波滤波器。

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