CN112952314A - 一种压电声波双工器和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电声波双工器和电子装置，压电声波双工器包括天线端口、发射端口、接收端口、发射通道体声波(BAW)滤波器和接收通道声表面波(SAW)滤波器；BAW滤波器的一个端口与天线端口连接，BAW滤波器的另一端口与发射端口连接；SAW滤波器的一个端口与天线端口连接，SAW滤波器的另一端口与接收端口连接，即采用复合结构，通过成本低廉的SAW滤波器作为压电声波双工器的接收端滤波器，同时利用功率容量较大的BAW滤波器作为压电声波双工器的发射端滤波器，这样既可以满足发射端对滤波器的高功率容量的需求，又可以控制压电声波双工器成本，满足市场对压电声波双工器价格的需求，从而使压电声波双工器更适应市场要求。
Description
技术领域
本发明涉及双工器领域，具体涉及一种压电声波双工器和电子装置。
背景技术
随着移动通信系统的进步，便携式信息终端迅速普及，作为移动通信装置组件之一的双工器受到越来越多的关注与研究，压电声波双工器具有体积小、插损小等特点，在便携式终端中被广泛应用。双工器是一个双向三端口滤波器件，如图1所示，双工器既要将微弱的接收信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响；双工器包含两个中心频率不同的带通滤波器，中心频率较低的带通滤波器为发射通道(Tx)滤波器，另一个中心频率较高的带通滤波器为接收通道(Rx)滤波器；双工器结构示意图，如图2所示。
传统的压电声波双工器包括两种，一种为声表面波(Surface acoustic wave，简称SAW)双工器，另一种为体声波(Bulk Acoustic Wave，简称BAW)双工器，但SAW双工器功率容量小，BAW双工器的成本高，均限制了市场应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复合结构的压电声波双工器和电子装置，同时满足压电声波双工器发射通道对大功率容量的需求，又可控制压电声波双工器成本，扩大市场应用范围。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种压电声波双工器，压电声波双工器包括：天线端口、发射端口、接收端口、发射通道体声波BAW滤波器和接收通道声表面波SAW滤波器；
所述BAW滤波器的一个端口与所述天线端口连接，所述BAW滤波器的另一端口与所述发射端口连接；
所述SAW滤波器的一个端口与所述天线端口连接，所述SAW滤波器的另一端口与所述接收端口连接。
本发明的有益效果是：采用复合结构，通过成本低廉的SAW滤波器作为压电声波双工器的接收端滤波器，同时利用功率容量较大的BAW滤波器作为压电声波双工器的发射端滤波器，这样既可以满足发射端对滤波器的高功率容量的需求，又可以控制压电声波双工器成本，满足市场对压电声波双工器价格的需求，从而使压电声波双工器更适应市场要求。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述BAW滤波器包括空腔型薄膜体声波FBAR滤波器。
采用上述进一步方案的有益效果是：FBAR滤波器具有体积小频率高等优点，应用广泛。
进一步，所述FBAR滤波器由薄膜体声波谐振器组成，所述薄膜体声波谐振器包括：衬底、空腔、下电极层、压电层和上电极层；
所述下电极层与所述衬底的凹槽形成所述空腔，所述压电层设置在所述下电极层上，所述上电极层设置在所述压电层上。
采用上述进一步方案的有益效果是：由上电极层、压电层和下电极层构成谐振主体结构，通过空腔结构阻隔谐振主体结构中的声能传入衬底。
进一步，所述BAW滤波器包括固态装配型体声波SMR滤波器。
采用上述进一步方案的有益效果是：SMR滤波器具有体积小、频率高等优点，应用广泛。
进一步，所述SMR滤波器由固态装配型体声波谐振器组成，所述固态装配型体声波谐振器包括：从下自上依次设置的衬底、布拉格反射结构、下电极层、压电层和上电极层；
所述布拉格反射结构包括至少两种不同声阻抗的材料层。
采用上述进一步方案的有益效果是：由上电极、压电层和下电极构成谐振主体结构，通过布拉格反射结构来阻隔谐振主体结构中的声能传入衬底。
进一步，具有高声阻抗的第一声阻抗材料层与具有低声阻抗的第二声阻抗材料层交替叠层设置。
采用上述进一步方案的有益效果是：以保证布拉格反射结构能够有效阻隔谐振主体结构中的声能传入衬底。
进一步，所述压电声波双工器还包括匹配网络，所述匹配网络设置在所述天线端口处或天线端口与接收通道声表面波滤波器之间。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过匹配网络进行阻抗的匹配，以保证双工器的通带性能。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种电子装置，包括上述的压电声波双工器。
附图说明
图1为本发明背景技术提供的一种三端口双工器的示意图；
图2为本发明背景技术提供的一种三端口双工器结构组成示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种压电声波双工器的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种空腔型薄膜体声波滤波器的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种固态装配型体声波滤波器的结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的另一种压电声波双工器结构组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种压电声波双工器，该压电声波双工器包括：天线端口、发射端口、接收端口、发射通道体声波(BAW)滤波器31和接收通道声表面波(SAW)滤波器32；
BAW滤波器31的一个端口与天线端口连接，BAW滤波器31的另一端口与发射端口连接；
SAW滤波器32的一个端口与天线端口连接，SAW滤波器32的另一端口与接收端口连接。
在本实施例中，利用成本低廉的SAW滤波器32作为压电声波双工器的接收端滤波器，同时利用功率容量较大的BAW滤波器31作为压电声波双工器的发射端滤波器，这样既可以满足发射端对滤波器的高功率容量的需求，又可以控制压电声波双工器成本，满足市场对压电声波双工器价格的需求，从而使压电声波双工器更适应市场要求。
可以理解的是，在本实施例中，SAW滤波器由压电材料制成的基片及位于基片上面的梳状电极所构成。
值得注意的是，BAW滤波器31包括空腔型薄膜体声波(Thin Film Bulk AcousticWave Resonator，简称FBAR)滤波器；FBAR滤波器由薄膜体声波谐振器组成，如图4所示，该薄膜体声波谐振器包括衬底41、空腔42、下电极层43、压电层44和上电极层45；在衬底41顶部设置有一个凹槽，下电极层43与衬底41的凹槽形成空腔42，其中下电极层43的长度大于该凹槽的长度，以使得空腔42不具有缝隙，当然下电极层43的长度也可以等于该凹槽的长度，以使得空腔42完全阻隔声能。
可选的，压电层44薄膜材料包括AlN(aluminum nitride)，PZT(lead zirconatetitanate)，ZnO(zinc oxide)；在这几种压电材料中，优先AlN，其纵波声速最大、功率容量大、化学稳定性高；衬底41可为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)等柔性基底材料以及硅(Si)衬底；上电极层43和下电极层44可以为钨、钼、铝、金或铂等薄膜。
在一些实施例中，BAW滤波器包括固态装配型体声波(Solidly MountedResonator，简称SMR)滤波器，SMR滤波器由固态装配型体声波谐振器组成，如图5所示，固态装配型体声波谐振器包括：从下自上依次设置的衬底51、布拉格反射结构52、下电极层53、压电层54和上电极层55；布拉格反射结构52包括至少两种不同声阻抗的材料层；由上电极55、压电层54和下电极层53构成谐振主体结构，通过布拉格反射结构52来阻隔谐振主体结构中的声能传入衬底51。具体的，布拉格反射结构52包括第一声阻抗材料层和第二声阻抗材料层，可选的，第一声阻抗材料层为高声阻抗材料层，如四面体非晶碳(ta-C)、AIN等，第二声阻抗材料层为低声阻抗材料层，如SiO2或金属铝；如图5所示，高声阻抗材料层和低声阻抗材料层交替叠层设置；可以理解的是，布拉格反射结构52的材料层数可以根据实际情况进行灵活调整。
在本实施例中，压电声波双工器还包括匹配网络，匹配电路用于阻抗匹配，匹配网络与天线相连接，设置在天线端口处或天线端口与接收通道声表面波滤波器之间；其中，匹配网络可以是由电感元件组成的匹配网络或电感元件与电容元件组成的匹配网络。
本实施例还提供一种电子设备，包括上述的压电声波双工器。为了便于理解，本实施例还以一个较为具体的例子对压电声波双工器进行说明；如图6所示，压电声波双工器包括三个端口，天线端、发射端和接收端，压电声波双工器包括发射通道体声波FBAR滤波器、接收通道声表面波SAW滤波器和用于阻抗匹配的匹配网络，其中发射通道FBAR滤波器的一个端口与双工器的发射端口相连，发射通道FBAR滤波器的另一个端口与双工器的天线端口相连，接收通道SAW滤波器的一个端口与双工器的接收端口相连，接收通道SAW滤波器的另一个端口与匹配网络的一个端口连接，匹配网络的另一个端口与双工器的天线端口相连。其中空腔型薄膜体声波FBAR滤波器，其由薄膜体声波谐振器组成。薄膜体声波谐振器包括衬底、空腔、下电极层、压电层和上电极层；在衬底顶部设置有一个凹槽，下电极层与衬底的凹槽形成空腔；压电层设置在下电极层上，上电极层设置在压电层上。薄膜体声波谐振器其由上电极层、压电层和下电极层构成谐振主体结构，通过空腔结构阻隔谐振主体结构中的声能传入衬底。
在本实施例中，提供了包括压电声波双工器的电子设备，由于压电声波双工器采用复合结构，其中发射通道FBAR滤波器的一个端口与双工器的发射端口相连，发射通道FBAR滤波器的另一个端口与双工器的天线端口相连，接收通道SAW滤波器的一个端口与双工器的接收端口相连，接收通道SAW滤波器的另一个端口与匹配网络的一个端口连接，匹配网络的另一个端口与双工器的天线端口相连，即利用成本低廉的SAW滤波器作为压电声波双工器的接收端滤波器，同时利用功率容量较大的FBAR滤波器作为压电声波双工器的发射端滤波器，这样既可以满足发射端对滤波器的高功率容量的需求，又可以控制压电声波双工器成本，满足市场对压电声波双工器价格的需求，从而使压电声波双工器更适应市场要求。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本专利中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种压电声波双工器，其特征在于，所述压电声波双工器包括：天线端口、发射端口、接收端口、发射通道体声波BAW滤波器和接收通道声表面波SAW滤波器；
所述BAW滤波器的一个端口与所述天线端口连接，所述BAW滤波器的另一端口与所述发射端口连接；
所述SAW滤波器的一个端口与所述天线端口连接，所述SAW滤波器的另一端口与所述接收端口连接。
2.根据权利要求1所述的压电声波双工器，其特征在于，所述BAW滤波器包括空腔型薄膜体声波FBAR滤波器。
3.根据权利要求2所述的压电声波双工器，其特征在于，所述FBAR滤波器包括薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器包括：衬底、空腔、下电极层、压电层和上电极层；
所述下电极层与所述衬底的凹槽形成所述空腔，所述压电层设置在所述下电极层上，所述上电极层设置在所述压电层上。
4.根据权利要求1所述的压电声波双工器，其特征在于，所述BAW滤波器包括固态装配型体声波SMR滤波器。
5.根据权利要求4所述的压电声波双工器，其特征在于，所述SMR滤波器由固态装配型体声波谐振器组成，所述固态装配型体声波谐振器包括：从下自上依次设置的衬底、布拉格反射结构、下电极层、压电层和上电极层；
所述布拉格反射结构包括至少两种不同声阻抗的材料层。
6.根据权利要求5所述的压电声波双工器，其特征在于，具有高声阻抗的第一声阻抗材料层与具有低声阻抗的第二声阻抗材料层交替叠层设置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的压电声波双工器，其特征在于，所述压电声波双工器还包括匹配网络，所述匹配网络设置在所述天线端口处或所述天线端口与接收通道声表面波滤波器之间。
8.一种电子装置，其特征在于，包括根据权利要求1-7任一项所述的压电声波双工器。
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