CN113054943B - 提高阻带抑制的方法、系统、声表面波滤波器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高阻带抑制的方法、系统、声表面波滤波器和电子设备，对反射器的指条的长度进行加权设计，根据预设目标函数优化出反射器的不同位置的指条的长度以及反射器的总根数，并根据优化后的加权系数和优化后的总根数制作目标反射器，采用目标反射器的声表面波滤波器能实现通带频率的声表面波的全反射，减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高阻带抑制，并能保证声表面波滤波器的低损耗特性，且对同类滤波器的设计和优化有重要的指导意义。

Description

提高阻带抑制的方法、系统、声表面波滤波器和电子设备

技术领域

本发明声表面波滤波器技术领域，尤其涉及一种提高阻带抑制的方法、系统、声表面波滤波器和电子设备。

背景技术

目前，低损耗声表面波滤波器包括至少一个换能器，以及至少两个反射器，以两个反射器为例进行说明，具体地，所有换能器依次排列在声表面波滤波器的声表面波的传播方向上，所有换能器的两边分别设置一个反射器，即排列方式为：反射器、第一个换能器、第二个换能器……，反射器，那么：

输入信号在换能器中激发声表面波，声表面波经由两边的反射器反射后，再传回到换能器，由于传输的声表面波和反射的声表面波来回振荡，在换能器中形成驻波输出。

在声表面波在换能器和反射器之间进行传播的过程中，产生透射和反射，且反射率和透射率随频率变化，某些频段，如与换能器和反射器的周期长度相同或相近的波长的频率，反射率较大，能量大部分保留下来，损耗很小，实现低损耗的滤波特性，形成通带，而波长与换能器、反射器相差较大的频段，反射率较小、透射率较大，能量大部分透过滤波器，因此，输出功率较少，形成阻带。

也就是说，不同频率的声表面波，经过声表面波滤波器的滤波器作用后，输出信号的幅度不同，通带中的频率所对应的声表面波即通带频率的声表面波的输出信号幅度和阻带中的频率所对应的声表面波即阻带频率的声表面波的信号幅度差异，即为阻带抑制，减小阻带频率的声表面波的反射能量，经滤波器作用后，阻带频率的声表面波输出信号的幅度越少，可以提高滤波器的阻带抑制，因此，如何减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高滤波器的阻带抑制，以提高声表面波滤波器的滤波效果为业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种提高阻带抑制的方法、系统、声表面波滤波器和电子设备。

本发明的一种提高阻带抑制的方法的技术方案如下：

将反射器中通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值小于预设比值阈值的指条确定为全反射指条，得到反射器中全反射指条的根数n₁；

设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数；

在任一声表面波滤波器中，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器。

本发明的一种提高阻带抑制的方法的有益效果如下：

对反射器的指条的长度进行加权设计，根据预设目标函数优化出反射器的不同位置的指条的长度以及反射器的总根数，并根据优化后的加权系数和优化后的总根数制作目标反射器，采用目标反射器的声表面波滤波器能实现通带频率的声表面波的全反射，减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高阻带抑制，并能保证声表面波滤波器的低损耗特性，且对同类滤波器的设计和优化有重要的指导意义。

在上述方案的基础上，本发明的一种提高阻带抑制的方法还可以做如下改进。

进一步，还包括：根据第一公式得到反射器中任一指条的通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值，所述第一公式为：

其中，W_in表示入射的声表面波的振幅，M′表示预设的指条初始总根数，p表示反射器的电周期长度，p＝d1+d2，d1表示一根指条的宽度，d2表示相邻两根指条间的间隙的宽度，Δ和D是声表面波的传播常数，/>

f表示声表面波的频率，f₀表示采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率，j表示虚部，γ表示声表面波在传播时的衰减系数，/>

κ是声表面波的耦合系数，vel表示声表面波的传播速度，且vel＝2pf₀。

进一步，所述预设比值阈值为0.1。

本发明的一种提高阻带抑制的系统的技术方案如下：

所述确定模块用于：将反射器中通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值小于预设比值阈值的指条确定为全反射指条，得到反射器中全反射指条的根数n₁；

所述加权模块用于：设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数；

所述优化模块用于：在任一声表面波滤波器中，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器。

本发明的一种提高阻带抑制的系统的有益效果如下：

对反射器的指条的长度进行加权设计，根据预设目标函数优化出反射器的不同位置的指条的长度以及反射器的总根数，并根据优化后的加权系数和优化后的总根数制作目标反射器，采用目标反射器的声表面波滤波器能实现通带频率的声表面波的全反射，减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高阻带抑制，并能保证声表面波滤波器的低损耗特性，且对同类滤波器的设计和优化有重要的指导意义。

在上述方案的基础上，本发明的一种提高阻带抑制的系统还可以做如下改进。

进一步，还包括计算模块，所述计算模块用于根据第一公式得到反射器中任一指条的通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值，所述第一公式为：

其中，W_in表示入射的声表面波的振幅，M′表示预设的指条初始总根数，p表示反射器的电周期长度，p＝d1+d2，d1表示一根指条的宽度，d2表示相邻两根指条间的间隙的宽度，Δ和D是声表面波的传播常数，

f表示声表面波的频率，f₀表示采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率，j表示虚部，γ表示声表面波在传播时的衰减系数，/>

κ是声表面波的耦合系数，vel表示声表面波的传播速度，且vel＝2pf₀。

进一步，所述预设比值阈值为0.1。

一种采用上述任一种提高阻带抑制的方法制作的声表面波滤波器，具有低损耗特性。

一种电子设备，包括上述的声表面波滤波器。

附图说明

图1为本发明实施例的一种提高阻带抑制的方法具体步骤的流程示意图；

图2为本发明实施例的一种声表面波滤波器的结构示意图之一；

图3为对本发明实施例的一种声表面波滤波器进行测试，得到的通带频率的声表面波随位置变化的透射波振幅分布的示意图；

图4为目标反射器的结构示意图；

图5为本发明实施例的一种声表面波滤波器的结构示意图之二；

图6为本发明实施例的一种提高阻带抑制的系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种提高阻带抑制的方法，包括如下步骤：

S1、获取反射器中全反射指条的根数，具体地：将反射器中通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值小于预设比值阈值的指条确定为全反射指条，得到反射器中全反射指条的根数n₁；

S2、设置反射器的每根指条的归一化加权长度，具体地：设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数，可以理解的是，n₁、i和M均为正整数；

S3、得到优化后的加权系数和优化后的总根数，并制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器，具体地：在任一声表面波滤波器中，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器。

对反射器的指条的长度进行加权设计，根据预设目标函数优化出反射器的不同位置的指条的长度以及反射器的总根数，并根据优化后的加权系数和优化后的总根数制作目标反射器，采用目标反射器的声表面波滤波器能实现通带频率的声表面波的全反射，减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高阻带抑制，并能保证声表面波滤波器的低损耗特性，且对同类滤波器的设计和优化有重要的指导意义。

如图2所示的声表面波滤波器为例进行说明，包括两个完全相同的反射器，分别标记为左反射器1和右反射器5，还包括三个依次排列的换能器，分别为第一换能器2、第二换能器3和第三换能器4，在三个换能器中，在电信号激励下，产生左向传播的声表面波和右向传播的声表面波，将左向传播的声表面波记为S波，将右向传播的声表面波记为R波，声表面波在传播过程中，由于反射器或换能器的金属区域和非金属区域的声阻抗不连续，声表面波在传播路径中，会产生透射和反射，声表面波在反射器中传播随着传播距离的加大，不断被反射，透射信号的功率不断衰减，反射能量不断增强，因此，需要研究不同频率的声表面波在反射器中不同位置的振幅与入射的声表面波的振幅之间的比值，具体地：

其中，根据第一公式得到反射器中任一指条的通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值，所述第一公式为：

其中，W_in表示入射的声表面波的振幅，M′表示预设的指条初始总根数，p表示反射器的电周期长度，p＝d1+d2，d1表示一根指条的宽度，d2表示相邻两根指条间的间隙的宽度，Δ和D是声表面波的传播常数，/>

f表示声表面波的频率，f₀表示采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率，j表示虚部，γ表示声表面波在传播时的衰减系数，/>

κ是声表面波的耦合系数，vel表示声表面波的传播速度，且vel＝2pf₀。

由于，声表面波滤波器实现低损耗特性的关键是通带频率的声表面波的能量尽可能多地被反射器反射，设计反射器的周期长度hp与采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率f₀的周期长度

相近，即/>

时，通带频率的声表面波在在反射器中有较大的反射率，因此，当/>

的数值较小时，通带频率的声表面波的透射能量很小，可以近似认为实现全反射，因此，可预设比值阈值为0.1，当任一指条的/>

不大于预设比值阈值即0.1时，可认为该指条实现全反射，将该指条确定为全反射指条，此时，可将M′预设为一较大数，如M′＝100或200等，得到反射器的全反射指条的根数n₁，可以理解的是，反射器的预设的指条初始总根数M′和预设比值阈值可根据实际情况进行调整和设置，在此不做赘述，且由于左反射器1和右反射器5完全相同，左反射器1和右反射器5具有相同的全反射指条的初始根数n₁。

可以理解的是，当计算右反射器5的任一指条的透射振幅时，是基于右向传播的R波，当计算左反射器1的任一指条的透射振幅时，采用左向传播的S波，但计算结果一致，例如，以右反射器5为例，右向传播的R波在反射器中第n根指条的振幅，即右反射器5的第n根指条的通带频率的声表面波的透射振幅为：

其中，R_in表示入射右反射器5的声表面波的振幅，由此得到反射器中任一指条的透射振幅与入射的声表面波的振幅之间的比值为：/>

也就是将第一公式中的W替换为R、W_in替换为R_in即可，n为正整数。

在得到反射器的全反射指根数n₁后，声表面波滤波器的阻带频率的声表面波的反射率与通带频率的声表面波的反射率相差较大，部分被反射，未被反射的阻带频率的声表面波继续传播。减小阻带频率的声表面波在传播过程中的反射，可以减少阻带频率的声表面波的信号输出功率，可增大通带频率的声表面波和阻带频率的声表面波的输出信号功率差异，提高阻带抑制。

以右反射器5为例，未加权情况下，右反射器5总的反射系数P₁₁和P₂₂：

右反射器5的长度L＝Mp，S(0)表示左向传播的声表面波S波在右反射器5的位置为0处的振幅，S(L)表示左向传播的声表面波S波在右反射器5的位置为L处的振幅，R(0)表示右向传播的声表面波R波在右反射器5的位置为0处的振幅，R(L)表示右向传播的声表面波R波在右反射器5的位置为L处的振幅，也就是说，P₁₁代表右反射器5在开始处即位置为0处的反射率，P₂₂代表右反射器5在结束处即位置为L处的反射率。

由于任一指条对声表面波进行反射的振幅与该指条的加权长度正相关，设计第i根指条的归一化加权长度A_i(A_i≤1)，可以减小该指条对声表面波的反射，加权设计后的右反射器5总的反射系数P₁₁′和P₂₂′分别为：

其中，P_i11和P_i22表示在没有进行加权时，第i根指条的不同位置的的反射系数，设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数；根据右反射器5的总根数和每根指条的加权长度，可以计算出右反射器5对不同频率的声表面波的反射率，也可理解为：左反射器1的声表面波的反射率。

然后，在第一换能器2、第二换能器3、第三换能器4设计不变的情况下，在通带频率的声表面波全反射的条件下即在M≥n₁的条件下，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，也就是说，以K和M作为优化变量，多次进行幅频特性的仿真计算，直至仿真结果与目标函数的误差小于设定的误差值，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，完成反射器的设计；根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器，也就是说，将图2中的右反射器5和左反射器1均替换为目标反射器，得到优化后的声表面波滤波器；

对优化后的声表面波滤波器进行测试，得到通带频率的声表面波随位置变化的透射波振幅分布，如图3所示，说明：通带频率的声表面波的透射振幅随反射器指条的位置距离增大而变小。当某一位置通带频率的声表面波的透射振幅与通带频率的声表面波的入射振幅比值小于设定阈值时，即认为达到通带频率的全反射，可以得到反射器的全反射指根数n₁；

图4所示的反射器是声表面波滤波器的左反射器，从右往左数，设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，反射器指条的归一化长度不随位置变化。当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数，指条归一化加权长度随位置距离的增大而减小；

优化后的声表面波滤波器的结构如图5所示。优化后的声表面波滤波器由中间的三个换能器和两边的目标反射器组成，两边的目标反射器进行了加权设计，在保证能对通带频率的声表面波进行全反射的同时，还能有效减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高阻带抑制。

在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况对调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

如图6所示，本发明实施例的一种提高阻带抑制的系统200，包括确定模块210、加权模块220和优化模块230；

所述确定模块210用于：将反射器中通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值小于预设比值阈值的指条确定为全反射指条，得到反射器中全反射指条的根数n₁；

所述加权模块220用于：设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数；

所述优化模块230用于：在任一声表面波滤波器中，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器。

对反射器的指条的长度进行加权设计，根据预设目标函数优化出反射器的不同位置的指条的长度以及反射器的总根数，并根据优化后的加权系数和优化后的总根数制作目标反射器，采用目标反射器的声表面波滤波器能实现通带频率的声表面波的全反射，减小阻带频率的声表面波的反射能量，提高阻带抑制，并能保证声表面波滤波器的低损耗特性，且对同类滤波器的设计和优化有重要的指导意义。

较优地，在上述技术方案中，还包括计算模块，所述计算模块用于根据第一公式得到反射器中任一指条的通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值，所述第一公式为：

其中，W_in表示入射的声表面波的振幅，M′表示预设的指条初始总根数，，p表示反射器的电周期长度，p＝d1+d2，d1表示一根指条的宽度，d2表示相邻两根指条间的间隙的宽度，Δ和D是声表面波的传播常数，/>

f表示声表面波的频率，f₀表示采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率，j表示虚部，γ表示声表面波在传播时的衰减系数，/>

κ是声表面波的耦合系数，vel表示声表面波的传播速度，且vel＝2pf₀。

较优地，在上述技术方案中，所述预设比值阈值为0.1。

上述关于本发明的一种提高阻带抑制的方法中的各参数和各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种提高阻带抑制的系统200的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

一种采用上述任一种提高阻带抑制的方法制作的声表面波滤波器，具有低损耗特性。

一种电子设备，包括上述实施例的声表面波滤波器，即包括上述任一种提高阻带抑制的方法制作的声表面波滤波器，电子设备为手机或平板电脑等。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种提高阻带抑制的方法，其特征在于，包括：

将反射器中通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值小于预设比值阈值的指条确定为全反射指条，得到反射器中全反射指条的根数n₁；

设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数；

在任一声表面波滤波器中，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器。

2.根据权利要求1所述的一种提高阻带抑制的方法，其特征在于，还包括：根据第一公式得到反射器中任一指条的通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值，所述第一公式为：

其中，W_in表示入射的声表面波的振幅，M'表示预设的指条初始总根数，p表示反射器的电周期长度，p＝d1+d2，d1表示一根指条的宽度，d2表示相邻两根指条间的间隙的宽度，Δ和D是声表面波的传播常数，/>

f表示声表面波的频率，f₀表示采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率，j表示虚部，γ表示声表面波在传播时的衰减系数，

κ是声表面波的耦合系数，vel表示声表面波的传播速度，且vel＝2pf₀。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高阻带抑制的方法，其特征在于，所述预设比值阈值为0.1。

4.一种提高阻带抑制的系统，其特征在于，包括确定模块、加权模块和优化模块；

所述确定模块用于：将反射器中通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值小于预设比值阈值的指条确定为全反射指条，得到反射器中全反射指条的根数n₁；

所述加权模块用于：设置反射器的第i根指条的归一化加权长度A_i，其中，当i≤n₁，A_i＝1，当i＞n₁，A_i＝K+(1-K)cos(π(i-n₁)/M)，K为加权系数，M为反射器的指条的总根数；

所述优化模块用于：在任一声表面波滤波器中，根据阻带抑制的预设目标函数，对加权系数K和总根数M进行优化，得到优化后的加权系数K和优化后的总根数M，根据优化后的加权系数K和优化后的总根数M制作目标反射器，并在该声表面波滤波器的所有换能器的两边分别设置一个目标反射器。

5.根据权利要求4所述的一种提高阻带抑制的系统，其特征在于，还包括计算模块，所述计算模块用于根据第一公式得到反射器中任一指条的通带频率的声表面波的透射振幅与入射的通带频率的声表面波的振幅之间的比值，所述第一公式为：

其中，W_in表示入射的声表面波的振幅，M'表示预设的指条初始总根数，p表示反射器的电周期长度，p＝d1+d2，d1表示一根指条的宽度，d2表示相邻两根指条间的间隙的宽度，Δ和D是声表面波的传播常数，/>

f表示声表面波的频率，f₀表示采用该反射器的声表面波滤波器的中心频率，j表示虚部，γ表示声表面波在传播时的衰减系数，/>

κ是声表面波的耦合系数，vel表示声表面波的传播速度，且vel＝2pf₀。

6.根据权利要求4或5所述的一种提高阻带抑制的系统，其特征在于，所述预设比值阈值为0.1。

7.一种采用权利要求1-3任一项所述的一种提高阻带抑制的方法制作的声表面波滤波器。

8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求7的声表面波滤波器。

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