CN114421923B - 一种高性能的声表面波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能的声表面波滤波器，涉及声表滤波器领域，该结构包括反射栅、两个电极以及连接成为梯形结构的一个串联谐振器和两个并联谐振器，反射栅和并联谐振器设置在同一侧且位于两个并联谐振器之间，反射栅的电极指按照预定条件分布，预定条件为反射栅上部的相邻电极指间距小于邻近反射栅上部的并联谐振器的相邻电极指间距、反射栅下部的相邻电极指间距小于邻近反射栅下部的并联谐振器的相邻电极指间距；串联谐振器设置在反射栅和并联谐振器的相对侧；第一电极与接地电极间设置特定金属结构。本申请通过改变芯片的拓扑结构来提高滤波器的性能，使滤波器具有低损耗、体积小和高矩形度的特点，在通讯设备领域中有着广泛的应用前景。

Description

一种高性能的声表面波滤波器

技术领域

本发明涉及声表滤波器领域，尤其是一种高性能的声表面波滤波器。

背景技术

声表面波是一种沿物体表面传播的弹性波。声表面波器件具有成本低、体积小和功能多等特点，在雷达、通信、导航、识别等领域获得了广泛的应用。随着移动通信技术的飞速发展，我国的声表面波器件也向移动通信领域迈进。随着通信方式的多样化发展，在未来的通信系统中，具有插入损耗小、高矩形度、小体积的滤波器有着巨大的应用需求，而插入损耗大、体积大、矩形度不好的滤波器会限制整机的小型化与性能。

现有的声表面波滤波器，由于受到材料机电耦合系数及设计方案的限制，声表面波滤波器矩形度不高，通带内插入损耗也较大，因此声表面波滤波器仍有可靠性不足的问题亟待解决。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高性能的声表面波滤波器，通过改变芯片的拓扑结构来提高滤波器的性能，本发明的技术方案如下：

一种高性能的声表面波滤波器，包括反射栅、两个电极以及连接成为梯形结构的一个串联谐振器和两个并联谐振器，反射栅和并联谐振器设置在同一侧，且反射栅位于两个并联谐振器之间，反射栅连接第一电极作为电信号传输载体，反射栅的电极指按照预定条件分布，预定条件为反射栅上部的相邻电极指间距小于邻近反射栅上部的并联谐振器的相邻电极指间距、反射栅下部的相邻电极指间距小于邻近反射栅下部的并联谐振器的相邻电极指间距；串联谐振器设置在反射栅和并联谐振器的相对侧，串联谐振器连接第二电极，第一、第二电极作为声表面波滤波器的输入端和输出端。

其进一步的技术方案为，声表面波滤波器包括介质基片以及位于其上的第一汇流条及其一侧的电极指、第二汇流条及其一侧的电极指、第三汇流条及其两侧的电极指、两个接地汇流条及其一侧的电极指；第一汇流条和两个接地汇流条设置在同一侧，且和第二汇流条分布在第三汇流条的两侧；第一汇流条位于两个接地汇流条之间，两个接地汇流条的电极指分别与第三汇流条的电极指交叉分布形成两个并联谐振器，第一汇流条作为第一电极，其电极指与第三汇流条的电极指交叉分布形成反射栅；第二汇流条作为第二电极，其电极指与第三汇流条的电极指交叉分布形成串联谐振器。

其进一步的技术方案为，在第一汇流条和接地汇流条之间设有特定金属结构，特定金属结构用于提升声表面波滤波器的电学性能以及调节阻抗。

其进一步的技术方案为，第一汇流条连接的第一焊丝在第一汇流条的一侧形成第一尖端金属结构，且尖端朝向接地汇流条，接地汇流条连接的接地焊丝在接地汇流条的一侧同样形成第二尖端金属结构，且尖端朝向第一汇流条，第一、第二尖端金属结构交叉分布形成特定金属结构，第一、第二尖端金属结构具有强电磁场效应。

其进一步的技术方案为，介质基片由压电材料制成；汇流条及电极指由铝、铜、钨、金或铂材料制成。

其进一步的技术方案为，反射栅、梯形结构和两个电极的膜厚均相同。

本发明的有益技术效果是：

本申请将两个并联的谐振器分布在第一电极的两侧，且与反射栅并列放置，这样设计可以省掉部分汇流条，使得结构更加紧凑、芯片面积减小，并且方便生产；梯形结构的阻带抑制性能优越，可保证滤波器在阻带的性能；采用电极指按照预定条件分布的反射栅作为电信号传输载体，以获得更小的插入损耗和更深的阻带；进一步的，在第一汇流条和接地汇流条之间的有限面积内设置具有尖端的特定金属结构，以获得更好的驻波与矩形度；本申请设计的声表面波滤波器具有低损耗、体积小和高矩形度等特点，在通讯设备领域中有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是本申请提供的高性能的声表面波滤波器的结构图。

图2是本申请提供的图1中以直线AA为剖面线的纵剖面结构图。

图3是本申请的一个实施例的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请提供了一种高性能的声表面波滤波器，结合图1、2所示，该声表面波滤波器包括反射栅1、两个电极以及连接成为梯形结构的一个串联谐振器3和两个并联谐振器4a、4b。反射栅1和并联谐振器4a、4b设置在同一侧，且反射栅1位于两个并联谐振器4a、4b之间，也即两个并联谐振器4a、4b共用一个反射栅1，反射栅1连接第一电极2a作为电信号传输载体。反射栅1的电极指按照预定条件分布，预定条件为反射栅1上部的相邻电极指间距Z4小于邻近反射栅1上部的并联谐振器4a的相邻电极指间距Z5、反射栅1下部的相邻电极指间距Z2小于邻近反射栅1下部的并联谐振器4b的相邻电极指间距Z1。可选的，图1中Z3为反射栅1中部的相邻电极指间距，且Z3≠Z2、Z3≠Z4。串联谐振器3设置在反射栅1和并联谐振器4a、4b的相对侧，串联谐振器3连接第二电极2b，第一、第二电极2a、2b作为声表面波滤波器的输入端和输出端，且声表面波滤波器通过焊丝实现电信号互联。

可选的，在串联谐振器3的上下两端还分别设有一个反射栅11。

本申请设计的梯形结构的阻带抑制性能优越，可保证滤波器在阻带的性能，相比于常规滤波器的2dB至3dB的插入损耗，本申请设计的结构可以轻松做到1dB以内的插入损耗。采用电极指按照预定条件分布的反射栅作为电信号传输载体，以获得更小的插入损耗和更深的阻带。

具体的，声表面波滤波器包括介质基片5以及位于其上的第一汇流条6a及其一侧的电极指6b、第二汇流条7a及其一侧的电极指7b、第三汇流条8a及其两侧的电极指8b、两个接地汇流条9a及其一侧的电极指9b。第一汇流条6a和两个接地汇流条9a设置在同一侧，且和第二汇流条7a分布在第三汇流条8a的两侧。第一汇流条6a位于两个接地汇流条9a之间，两个接地汇流条9a的电极指9b分别与第三汇流条8a的电极指8b交叉分布形成两个并联谐振器4a、4b，第一汇流条6a作为第一电极2a，其电极指6b与第三汇流条8a的电极指8b交叉分布形成反射栅1。第二汇流条7a作为第二电极2b，其电极指7b与第三汇流条8a的电极指8b交叉分布形成串联谐振器3。

可选的，介质基片5由压电材料制成；汇流条及电极指由铝、铜、钨、金或铂材料制成。在本实施例中，优选42°的钽酸锂材料作为介质基片5，该类压电材料的机电耦合系数大，有利于通带信号的传输，大的机电耦合系数可以保证滤波器在通带范围具有低的插入损耗，且钽酸锂具有较好的温度稳定性，可以有效地降低器件整体的温度系数。

可选的，从图2可以看出，反射栅1、梯形结构和两个电极2a、2b的膜厚均相同。

可选的，根据不同的设计要求，可以对叉指换能器的孔径、周期、叉指数、膜厚以及插入的反射栅数目与电极指间距进行优化，以获得不同的带外抑制、相对带宽、插入损耗以及矩形度，目的是达到最好的器件性能。

本申请将两个并联的谐振器4a、4b分布在第一电极2a的两侧，且与反射栅1并列放置，这样设计可以省掉部分汇流条，使得结构更加紧凑、芯片面积减小，并且方便生产。

在一个实施例中，如图1所示，在第一汇流条6a和接地汇流条9a之间设有特定金属结构，该结构用于提升声表面波滤波器的电学性能以及调节阻抗。具体的，第一汇流条6a连接的第一焊丝在第一汇流条6a的一侧形成第一尖端金属结构10a，且尖端朝向接地汇流条9a，接地汇流条9a连接的接地焊丝在接地汇流条9a的一侧同样形成第二尖端金属结构10b，且尖端朝向第一汇流条6a，第一、第二尖端金属结构10a、10b交叉分布形成特定金属结构。本申请通过在第一汇流条6a和接地汇流条9a之间的有限面积内设置具有尖端的特定金属结构，由于第一、第二尖端金属结构10a、10b具有很强的电磁场效应，配合声表面波滤波器的电学和声学仿真，可以对滤波器的驻波进行一定优化，还可以获得更好的矩形度。

图3为利用以上方案设计的一种的高性能的声表面波滤波器的仿真结果图，该滤波器的中心频率为1011MHz，插入损耗为0.64dB，高矩形度(BW40/BW3≤1.5)。证明了本申请设计的声表面波滤波器具有低损耗、体积小、高阻带和高矩形度等特点，在通讯设备领域中有着广泛的应用前景。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高性能的声表面波滤波器，其特征在于，所述声表面波滤波器包括介质基片以及位于其上的第一汇流条及其一侧的电极指、第二汇流条及其一侧的电极指、第三汇流条及其两侧的电极指、两个接地汇流条及其一侧的电极指；所述第一汇流条和两个所述接地汇流条设置在同一侧，且和所述第二汇流条分布在所述第三汇流条的两侧；所述第一汇流条位于两个所述接地汇流条之间，两个所述接地汇流条的电极指分别与所述第三汇流条的电极指交叉分布形成两个并联谐振器，所述第一汇流条作为第一电极，其电极指与所述第三汇流条的电极指交叉分布形成反射栅；所述第二汇流条作为第二电极，其电极指与所述第三汇流条的电极指交叉分布形成串联谐振器，且所述串联谐振器和两个所述并联谐振器连接成为梯形结构；所述反射栅和所述并联谐振器设置在同一侧，且所述反射栅位于两个并联谐振器之间，所述反射栅连接第一电极作为电信号传输载体，所述反射栅的电极指按照预定条件分布，所述预定条件为反射栅上部的相邻电极指间距小于邻近反射栅上部的并联谐振器的相邻电极指间距、反射栅下部的相邻电极指间距小于邻近反射栅下部的并联谐振器的相邻电极指间距；所述串联谐振器设置在所述反射栅和所述并联谐振器的相对侧，所述串联谐振器连接第二电极，第一、第二电极作为所述声表面波滤波器的输入端和输出端。

2.根据权利要求1所述的高性能的声表面波滤波器，其特征在于，所述第一汇流条连接的第一焊丝在所述第一汇流条的一侧形成第一尖端金属结构，且尖端朝向所述接地汇流条，所述接地汇流条连接的接地焊丝在所述接地汇流条的一侧同样形成第二尖端金属结构，且尖端朝向所述第一汇流条，第一、第二尖端金属结构交叉分布形成特定金属结构，所述特定金属结构用于提升所述声表面波滤波器的电学性能以及调节阻抗，所述第一、第二尖端金属结构具有强电磁场效应。

3.根据权利要求1所述的高性能的声表面波滤波器，其特征在于，所述介质基片由压电材料制成；汇流条及电极指由铝、铜、钨、金或铂材料制成。

4.根据权利要求1-3任一所述的高性能的声表面波滤波器，其特征在于，所述反射栅、所述梯形结构和两个电极的膜厚均相同。