CN112910434A - 一种基于高频声波谐振器的多工器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于高频声波谐振器的多工器，包括多工器本体，所述多工器由高频声波谐振器构成，所述高频声波谐振器包括谐振器衬底、谐振器底电极、谐振器压电材料、谐振器顶电极、接电射频信号、接地信号、驻波隔断区域和空气腔体；所述谐振器衬底与谐振器压电材料之间设置有空气腔体，所述谐振器压电材料上设置有驻波隔断区域，所述接地信号连接谐振器底电极，所述接电射频信号连接谐振器顶电极；所述多工器包括发射端和接收端，所述发射端和接收端是由声波谐振器按照梯形拓扑结构形成的带通滤波器。本发明提供的一种基于高频声波谐振器的多工器解决了常规体声波谐振器很难达到较高谐振频率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高频声波谐振器的技术领域，具体地，涉及一种基于高频声波谐振器的多工器。
背景技术
随着5G通信技术的快速发展，常规的双工器或多工器已经很难达到应用需求，为此，在公开号为CN111525909A的中国发明专利中公开了一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器，包括用于安装元器件的基板；安装于基板上的第一滤波器T2、第二滤波器T4、第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3；第一滤波器T2通过与第二端口之间的传输线等效电路T02与第二端口TX连接，第二滤波器T4通过与第三端口之间的传输线等效电路T03与第三端口RX连接，第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3通过与第一端口之间的传输线等效电路T01与天线端口ANT连接，第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3是由集总参数器件构成的滤波器，用于调整通过第一滤波器和第二滤波器的信号的相位，防止信号间互相干扰。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有基于常规薄膜体声波谐振器的多工器的工作频率往往会受到所采用的体声波谐振器限制而很难提高的问题，因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于高频声波谐振器的多工器。
根据本发明提供的一种基于高频声波谐振器的多工器，包括多工器本体，所述多工器由高频声波谐振器构成，所述高频声波谐振器包括谐振器衬底、谐振器底电极、谐振器压电材料、谐振器顶电极、接电射频信号、接地信号、驻波隔断区域和空气腔体；
所述谐振器压电材料设置在谐振器衬底上，所述谐振器衬底与谐振器压电材料之间设置有空气腔体，所述谐振器压电材料上设置有驻波隔断区域，所述谐振器底电极和谐振器顶电极设置在谐振器压电材料上，所述接地信号连接谐振器底电极，所述接电射频信号连接谐振器顶电极；
所述多工器包括发射端和接收端，所述发射端和接收端是由声波谐振器按照梯形拓扑结构形成的带通滤波器。
优选地，所述谐振器底电极和谐振器顶电极的材料设置为金属薄膜材料；所述谐振器压电材料设置为氮化铝。
优选地，多个所述高频声波谐振器串联和并联形成梯形拓扑结构。
优选地，所述多工器采用双工器，所述双工器的发射端设置为普通薄膜体声波谐振器，所述接收端设置为新型高频声波谐振器。
优选地，所述新型高频声波谐振器通过改变顶部叉指电极和电极间距来调整谐振频率。
优选地，所述双工器的发射端和接收端设置为新型高频声波谐振器。
优选地，所述双工器的发射端设置为新型高频声波谐振器，所述接收端设置为普通薄膜体声波谐振器。
优选地，所述多工器设置为四工器，所述四工器包括两个发射端和两个接收端，所述发射端和接收端设置为新型高频声波谐振器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.通过采用新型高频声波谐振器，解决了常规体声波谐振器很难达到较高谐振频率的问题，从而可以根据实际需求应用到多工器的发射端或者接收端，提高多工器的工作频率。
2.通过在新型高频声波谐振器中采用叉指状的顶电极，可以在固定压电材料厚度的前提下，通过改变叉指电极和电极间距来调整谐振频率，解决了常规体声波谐振器在单片基底上只能实现一个谐振频率的问题。
3.通过在多工器中采用新型高频声波谐振器，解决了基于常规体声波谐振器的多工器制造过程中需要多个掩膜来实现多个谐振频率的问题。基于常规体声波谐振器的多工器中每多一个谐振频率的谐振器就需要多增加一张对应的掩膜，而本专利所提出的多工器仅需一张掩膜即可实现多个谐振频率谐振器的制造，从而极大的降低加工成本。
4.通过在多工器的发射端和接收端同时或者分别采用新型高频声波谐振器，解决了基于常规体声波谐振器加工复杂度高的问题，从而极大的提升产品的稳定性和良品率，从而降低了成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图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为本发明的新型高频谐振器的结构示意图；
图2为本发明的新型高频谐振器的频率响应图；
图3为本发明的带通滤波器通带的中心频率响应图；
图4为本发明中发射端使用普通薄膜体声波谐振器，接收端采用新型高频声波谐振器的双工器电路图；
图5为本发明中发射端和接收端同时采用新型高频声波谐振器的双工器电路图；
图6为本发明中发射端使用新型高频声波谐振器而在接收端使用普通薄膜体声波谐振器的双工器电路图；
图7为本发明中的四工器的电路图。
图8为本发明中四工器的频率响应图。
其中：
1、谐振器衬底；2、谐振器底电极；3、谐振器压电材料；4、谐振器顶电极；5、接电射频信号；6、接地信号；7、驻波隔断区域；8、空气腔体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种基于高频声波谐振器的多工器，该多工器所用到的新型高频声波谐振器，参照图1和图2，新型高频声波谐振器为多层结构，包括谐振器衬底1，谐振器底电极2，谐振器压电材料3，谐振器顶电极4，接电射频信号5，接地信号6，驻波隔断区域7和空气腔体8。当底电极和顶电极之间形成的电场施加在压电材料上时，由于压电效应，会在压电材料中激励起声波谐振。其中电极材料通常为金属薄膜材料，比如钼、钌、铂金等，压电材料一般为氮化铝、掺钪氮化铝、铌酸锂等。该谐振器的谐振频率主要由压电材料的厚度决定。此外，由于顶电极采取了叉指电极形状，通过调整叉指电极的宽度和间距，同样可以在一定程度上调整谐振器的谐振频率。如果定义单个叉指电极和电极间距的总长为WP，通过改变WP的值，可以有效地改变谐振器的谐振频率。
参照图3，将多个高频声波谐振器进行串联和并联形成梯形拓扑结构后，即可得到具有带通频率响应的带通滤波器。同样地，通过改变拓扑结构中个体谐振器的叉指电极宽度和间距，可以改变谐振器的谐振频率，从而很容易地改变带通滤波器通带的中心频率。
在此基础上，本发明提供了一种新型多工器，该多工器的发射端和接收端可以同时或分别使用新型高频声波谐振器来形成带通滤波器。多工器可以为双工器或者四工器。下文以双工器为例阐述在多工器的发射端和接收端采用普通薄膜体声波谐振器或者新型高频声波谐振器的不同组合情况。
参照图4，双工器的发射端使用普通薄膜体声波谐振器，接收端采用新型高频声波谐振器。在发射端和接收端中，多个谐振器通过串联和并联形成梯形拓扑结构，从而获得带通频率响应。其中串联和并联谐振器的数量可以根据实际应用需求来增加或者减少。此外，为了获得双工器所需的特定带通滤波响应，每个谐振器的谐振频率应该稍有不同。因此，基于普通薄膜体声波谐振器的双工器在使用不同频率谐振器时往往需要为每一个谐振器单独增加一个掩膜来进行谐振器加工，这就会导致极高的复杂度和极大的加工成本。而本专利所采用的新型高频声波谐振器则可以在固定压电材料厚度的前提下，通过改变顶部叉指电极和电极间距来调整谐振频率。其顶部叉指电极层的尺寸可以在同一张掩膜的前提下任意改变进而起到调谐每个谐振器各自谐振频率的作用。这将极大的减少双工器加工过程中所需的掩膜数量，从而降低加工的复杂度和成本，提高产品的稳定性和良品率。
本发明所提供的双工器还可以有如下两种组合：参照图5，双工器的发射端和接收端同时采用新型高频声波谐振器；参照图6，双工器的在发射端使用新型高频声波谐振器而在接收端使用普通薄膜体声波谐振器。上述三种不同组合的双工器可以根据实际应用中的工艺、成本、功率容量、滤波器性能等方面来选择使用。
参照图7和图8，本发明所提供的多工器还可以为四工器，四工器具有两个发射端和两个接收端，类似于两个双工器的叠加。同样地，该四工器的发射端和接收端可以同时或者部分选择本专利所提出的新型高频声波谐振器。当四工器所有的发射端和接收端都使用新型高频声波谐振器时，相较于使用普通体声波谐振器的四工器，其加工所需的掩膜数量将达到最低，优势也更加明显。
本发明提供的一种基于高频声波谐振器的多工器通过采用新型高频声波谐振器，解决了常规体声波谐振器很难达到较高谐振频率的问题，从而可以根据实际需求应用到多工器的发射端或者接收端，提高多工器的工作频率；通过在新型高频声波谐振器中采用叉指状的顶电极，可以在固定压电材料厚度的前提下，通过改变叉指电极和电极间距来调整谐振频率，解决了常规体声波谐振器在单片基底上只能实现一个谐振频率的问题。
在多工器中采用新型高频声波谐振器，解决了基于常规体声波谐振器的多工器制造过程中需要多个掩膜的问题。基于常规体声波谐振器的多工器中每多一个谐振频率的谐振器就需要多增加一张对应的掩膜，而本专利所提出的多工器仅需一张掩膜即可实现多个谐振频率谐振器的制造，从而极大的降低加工成本；通过在多工器的发射端和接收端同时或者分别采用新型高频声波谐振器，解决了基于常规体声波谐振器加工复杂度高的问题，从而极大的提升产品的稳定性和良品率，从而降低了成本。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，包括多工器本体，所述多工器由高频声波谐振器构成，所述高频声波谐振器包括谐振器衬底(1)、谐振器底电极(2)、谐振器压电材料(3)、谐振器顶电极(4)、接电射频信号(5)、接地信号(6)、驻波隔断区域(7)和空气腔体(8)；
所述谐振器压电材料(3)设置在谐振器衬底(1)上，所述谐振器衬底(1)与谐振器压电材料(3)之间设置有空气腔体(8)，所述谐振器压电材料(3)上设置有驻波隔断区域(7)，所述谐振器底电极(2)和谐振器顶电极(4)设置在谐振器压电材料(3)上，所述接地信号(6)连接谐振器底电极(2)，所述接电射频信号(5)连接谐振器顶电极(4)；
所述多工器包括发射端和接收端，所述发射端和接收端是由声波谐振器按照梯形拓扑结构形成的带通滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，所述谐振器底电极(2)和谐振器顶电极(4)的材料设置为金属薄膜材料；所述谐振器压电材料(3)设置为氮化铝。
3.根据权利要求1所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，多个所述高频声波谐振器串联和并联形成梯形拓扑结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，所述多工器采用双工器，所述双工器的发射端设置为普通薄膜体声波谐振器，所述接收端设置为新型高频声波谐振器。
5.根据权利要求4所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，所述新型高频声波谐振器通过改变顶部叉指电极和电极间距来调整谐振频率。
6.根据权利要求4所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，所述双工器的发射端和接收端设置为新型高频声波谐振器。
7.根据权利要求4所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，所述双工器的发射端设置为新型高频声波谐振器，所述接收端设置为普通薄膜体声波谐振器。
8.根据权利要求1所述的一种基于高频声波谐振器的多工器，其特征在于，所述多工器设置为四工器，所述四工器包括两个发射端和两个接收端，所述发射端和接收端设置为新型高频声波谐振器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113810014A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-17 | 武汉敏声新技术有限公司 | 叉指型体声波谐振器及滤波器 |
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2021
- 2021-01-19 CN CN202110071351.1A patent/CN112910434A/zh active Pending
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