CN116941184A - 滤波器、射频系统以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及滤波器、射频系统以及电子设备。该滤波器总体上包括上下布置的两个谐振器以及位于这两个谐振器之间的第一耦合层。每个谐振器分别包括上下布置的两个电极以及位于这两个电极之间的压电层。在该滤波器中，至少一个谐振器包括机电耦合系数不低于20％的材料。通过该方案，可以使滤波器的谐振器之间的耦合强度被合理地调控，从而确保滤波器在高频率范围内具有较好的滤波性能。

Description

滤波器、射频系统以及电子设备 技术领域

本公开涉及通信领域，更具体而言涉及滤波器、射频系统以及电子设备。

背景技术

在通信领域，声学滤波器是一种重要的元器件，它可以用在信号的传输路径上，利用声学原理对传输中的信号进行过滤，从而选出合适频率的信号。声学滤波器具有广泛的运用，例如用于各种移动设备、车载通信设备等等。声学滤波器是当前的射频模块中的核心元器件之一。

随着移动通信技术的深入推进，这对滤波器的技术要求提出了更高的挑战。常规的声学滤波器采用氮化铝作为介质，在输入端外加信号，基于压电效应将电信号转换为声信号在介质中传播而在输出端基于逆压电效应将声信号转为电信号，从而实现信号的传输。然而，现有声学滤波器的传输性能有待提升。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的实施例提供了一种滤波器、相应的射频系统以及电子设备，用于提高传输信号的性能。

在本公开的第一方面，提供了一种滤波器。该滤波器包括第一谐振器、第二谐振器和第一耦合层，该第一谐振器包括第一电极、第二电极以及第一压电层，该第一压电层设置在该第一电极和该第二电极之间；该第二谐振器包括第三电极、第四电极以及第二压电层，该第二压电层设置在该第三电极和该第四电极之间，该第一耦合层位于该第一谐振器和该第二谐振器之间，其中该第一谐振器和该第二谐振器中的至少一者其机电耦合系数不低于20％。根据本公开的方法，采用高声学耦合介质实现机电耦合系数不低于20％的第一谐振器和第二谐振器，通过第一耦合层结构设计或者材料优化有效地调控第一谐振器和第二谐振器之间的耦合强度，由此构造出来的滤波器可以在超高频率范围内实现超大带宽，从而满足更大带宽和更高频段的通讯需求。

在第一方面的一种实现方式中，该第一耦合层包括声阻抗介于4*10 ⁶kg/m ²s至16*10 ⁶kg/m ²s的材料。以此方式，通过调控位于第一谐振器和第二谐振器之间的第一耦合层的材料的声阻抗，可以使耦合强度被合理调控，从而满足滤波器的设计需求。

在第一方面的一种实现方式中，该第一压电层和该第二压电层中的至少一者包括铌酸锂或钽酸锂。以此方式，可以使用优质的压电换能材料来使第一谐振器与第二谐振器的机电耦合系数符合设计要求，从而改善滤波器在高频率的条件下的超大带宽表现。

在第一方面的一种实现方式中，该铌酸锂是X切铌酸锂、Y切铌酸锂、-18°Y铌酸锂中的一种或多种，该钽酸锂是X切钽酸锂、Y切钽酸锂、-18°Y钽酸锂中的一种或多种。以此方式，可以使用合适切角的材料来实现对压电层的改进，使其在超大带宽下具有良好的性能。

在第一方面的一种实现方式中，该第一耦合层包括SiO ₂、SiOC、SiOF和W中的一种或多种。以此方式，通过改进两个谐振器之间的第一耦合层的材料，使滤波器的耦合强度得以优化。

在第一方面的一种实现方式中，该第一耦合层中设置有孔状结构，该孔状结构用于减弱 所述第一谐振器和所述第二谐振器之间的耦合强度。以此方式，孔状结构可以改变第一耦合层的材料的声阻抗，从而使其满足大带宽的设计需求。

在第一方面的一种实现方式中，该孔状结构包括至少一个通孔或者盲孔，该至少一个通孔贯穿该第一耦合层。以此方式，通过通孔或者盲孔对第一耦合层的声阻抗的改变，避免耦合强度不当导致的对滤波器的性能的限制。

在第一方面的一种实现方式中，该第一谐振器还包括至少一个第一凹部，该至少一个第一凹部从该第一压电层上的不被该第一电极覆盖的部分延伸贯穿该第一压电层。以此方式，通过结构的改变产生第一凹部来实现谐振器能量的限制和其他横向模态的抑制，从而进一步优化滤波器的性能。

在第一方面的一种实现方式中，该第二谐振器还包括至少一个第二凹部，该至少一个第二凹部从该第二压电层上的不被该第四电极覆盖的部分延伸贯穿该第二压电层。以此方式，通过大致对称的设置，可以同时改变第一凹部和第二凹部的结构，从而使滤波器实现更加优异的品质因素和更干净的频谱响应。

在第一方面的一种实现方式中，该滤波器还包括至少一个金属件，设置为该第一电极或该第二电极或该第三个电极或该第四电极。以此方式，可以利用金属件对滤波器的杂散效应的有效抑制，可以使滤波器具有相对平坦且干净的电学响应，这样有助于提高滤波器的品质因数，使其可以应用于各种移动通信系统或者其他射频电路中。

在第一方面的一种实现方式中，该滤波器还包括衬底，设置在该第二谐振器的与该第一谐振器相对的一侧，用于支撑该第一谐振器和该第二谐振器，其中该衬底包括布拉格反射层，该布拉格反射层由多层膜叠加组成。以此方式，通过声波在各层膜的界面处发生反射，可以减小信号的泄漏，提高滤波器的性能。

在本公开的第二方面，提供了一种滤波器。该滤波器包括第一谐振器、第二谐振器以及第一耦合层，该第一耦合层位于该第一谐振器和该第二谐振器之间，该第一耦合层中设置有孔状结构，该孔状结构用于减弱该第一谐振器和该第二谐振器之间的耦合强度。以此方式，孔状结构改变第一耦合层的材料的声阻抗，通过结构上的改进，可以实现对滤波器性能的改善。

在第二方面的一种实现方式中，该孔状结构包括至少一个通孔或者盲孔，该至少一个通孔贯穿该第一耦合层。以此方式，通过通孔或者盲孔对第一耦合层的材料的声阻抗的调整，可以实现对滤波器性能的改善。

在第二方面的一种实现方式中，该第一谐振器、该第一耦合层和该第二谐振器沿第一方向依次层叠设置，该至少一个通孔或者盲孔包括多个通孔或者盲孔，该多个通孔在该第一谐振器和该第二谐振器之间沿垂直于第一方向的第二方向平行延伸。以此方式，通过设置多个通孔或者盲孔，可以增大通孔或者盲孔对第一耦合层的材料的调控效应，通过简单易行的方式将耦合强度调控在合理的范围内。

在第二方面的一种实现方式中，该第一谐振器包括第一电极、第二电极、第一压电层以及至少一个第一凹部，该第一压电层位于该第一电极和该第二电极之间，该至少一个第一凹部从该第一压电层上的不被该第一电极覆盖的部分延伸贯穿该第一压电层。以此方式，通过设置第一凹部并贯穿第一压电层，经由结构的改变产生第一凹部来实现谐振器能量的限制和其他横向模态的抑制，从而进一步改进滤波器中能量的限制和杂散模态的抑制，实现更加干净平滑且优异的带外抑制的滤波器频率响应。

在第二方面的一种实现方式中，该第二谐振器包括第三电极、第四电极、第二压电层以及至少一个第二凹部，该第二压电层位于该第三电极和该第四电极之间，该至少一个第二凹部从该第二压电层上的不被该第四电极覆盖的部分延伸贯穿该第二压电层。以此方式，经由结构的改变产生第二凹部来实现谐振器能量的限制和其他横向模态的抑制，从而进一步改进滤波器中能量的限制和杂散模态的抑制，实现更加干净平滑且优异的带外抑制的滤波器频率响应。

在第二方面的一种实现方式中，该至少一个第一凹部延伸以依次贯穿该第一压电层、该第二电极、该第一耦合层、该第三电极、该第二压电层和该第四电极。

在第二方面的一种实现方式中，该至少一个第二凹部延伸以依次贯穿该第二压电层、该第三电极、该第一耦合层、该第二电极、该第一压电层和该第一电极。

在第二方面的一种实现方式中，该滤波器还包括：至少一个金属件，设置为该第一电极或该第二电极或该第三个电极或该第四电极。以此方式，利用金属件对滤波器的杂散效应的抑制作用，可以使滤波器具有相对平坦且干净的电学响应，由此提高滤波器的品质因数。

在第二方面的一种实现方式中，该第一谐振器和该第二谐振器中的至少一者其机电耦合系数不低于20％。以此方式，可以使滤波器在超高频率范围内实现超大带宽，从而满足更大带宽和更高频段的通讯需求。

在第二方面的一种实现方式中，该第一耦合层包括声阻抗介于4*10 ⁶kg/m ²s至16*10 ⁶kg/m ²s的材料。以此方式，通过调控位于第一谐振器和第二谐振器之间的第一耦合层的材料的声阻抗，可以使滤波器满足设计需求。

在第二方面的一种实现方式中，该第一压电层和该第二压电层中的至少一者包括铌酸锂或钽酸锂。以此方式，可以使用优质的压电换能材料来改善滤波器在高频率的条件下实现大带宽的表现。

在第二方面的一种实现方式中，该铌酸锂是X切铌酸锂、Y切铌酸锂、-18°Y铌酸锂中的一种或多种，该钽酸锂是X切钽酸锂、Y切钽酸锂、-18°Y钽酸锂中的一种或多种。以此方式，可以使用合适切角的材料来实现对压电层的改进，使其在超大带宽下具有良好的性能。

在第二方面的一种实现方式中，该第一耦合层包括SiO ₂、SiOC、SiOF和W中的一种或多种。以此方式，通过改进两个谐振器之间的第一耦合层的材料，使滤波器的耦合强度得以优化。

在第二方面的一种实现方式中，该至少一个金属件构成以下各种形状中的一种或多种形状：多边形、环形、椭圆形、井字形、蜂巢形。以此方式，可以根据实际的需求扩展金属件的形式，从而扩展其适用范围。

在第二方面的一种实现方式中，该滤波器还包括：第三谐振器，以层叠方式布置在该第二谐振器的与该第一谐振器相对的一侧，以及第二耦合层，位于该第三谐振器和该第二谐振器之间。以此方式，通过增加谐振器的数目，可以为耦合强度的调控提供更多更灵活的方式。

在第二方面的一种实现方式中，每个第三谐振器包括：第五电极；第六电极；以及第三压电层，该第三压电层设置在该第五电极和该第六电极之间。

在第二方面的一种实现方式中，该滤波器还包括衬底，设置在该第二谐振器的与该第一谐振器相对的一侧，用于支撑该第一谐振器和该第二谐振器，其中该衬底包括布拉格反射层，该布拉格反射层由多层膜叠加组成。以此方式，通过声波在各层膜的界面处发生反射，可以减小信号的泄漏，提高滤波器的性能。

在本公开的第三方面，提供了一种射频系统。该射频系统包括根据本公开的第一方面或第二方面的滤波器和射频电路。

在本公开的第四方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括处理器、电路板以及根据本公开的第一方面或第二方面的滤波器，其中该滤波器和该处理器设置于该电路板上。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实现方式的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的一个示例性实施例的滤波器的示意性剖视图，其中示意性地示出了一种可行的接线方式；

图2A示出了根据本公开的一个示例性实施例的具有对称模态的滤波器；

图2B示出了根据本公开的一个示例性实施例的具有反对称模态的滤波器；

图3是用来描述本公开的实现原理的导纳曲线图；

图4示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图；

图5示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器的示意性剖视图；

图6示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图；

图7示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器的示意性剖视图；

图8示出了根据本公开的又一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图；

图9示出了图8中的滤波器的导纳曲线图；

图10示出了根据本公开的又一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图；

图11示出了图10中的滤波器的导纳曲线图；

图12示出了根据本公开的又一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图；

图13示出了根据本公开的又一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图；

图14示出了由多个根据本公开的实施例的单元滤波器组成的滤波器集合的示意形立体图；

图15示出了由多个根据本公开的实施例的单元滤波器组成的滤波器集合的示意形剖视图；

图16示出了由多个根据本公开的实施例的单元滤波器组成的滤波器集合的示意形俯视图；以及

图17示出了根据本公开的实施例可在其中实施的示例无线通信系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当 理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。术语“和/或”表示由其关联的两项的至少一项。例如“A和/或B”表示A、B、或者A和B。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

应理解，本申请实施例提供的技术方案，在以下具体实施例的介绍中，某些重复之处可能不再赘述，但应视为这些具体实施例之间已有相互引用，可以相互结合。

如上文所讨论的，滤波器可以实现信号频率的过滤，如何扩大滤波器在高频段下的带宽是设计者们期望解决的一个问题。根据本公开的一些实施例，可以通过对滤波器内部结构的材料的调整，来调控滤波器内的模态之间的耦合强度。还可以通过对滤波器内部结构的改进，例如利用通孔或者盲孔来改变模态之间的耦合强度，从而使滤波器在超高频率范围内实现带宽的增加。

下面参照图1至图3来描述本公开的实施例的滤波器的总体改进原理。图1示出了根据本公开的一个示例性实施例的滤波器100的示意性剖视图，其中示意性地示出了一种可行的接线方式。如图1所示，滤波器100耦合在输入端IN与输出端OUT之间。当给滤波器100施加相同极性的外加信号时，滤波器激励出对称模态。当给滤波器100施加相反极性的外加信号时，滤波器激励出反对称模态。

图2A和图2B分别示出了根据本公开的一个示例性实施例的具有对称模态和反对称模态的滤波器200。如图2A和图2B所示，滤波器200的位于中间的两个电极212、221耦接至参考端REF，并且上方电极211和下方电极222外接信号。当上方电极211和下方电极222外加信号为相同极性时，如图2A所示，滤波器200激励的是对称模态。当上方电极211和下方电极222外加信号为相反极性时，如图2B所示，滤波器200激励的是反对称模态。

图3示出了本公开的实现原理的导纳曲线图，其可以通过对图1中的滤波器100或图2A、图2B中的滤波器200进行测试来获得。在图3中，横坐标表示滤波器100或200中的信号的频率值，纵坐标表示信号的导纳值(admittance)。导纳值可以被定义为阻抗(impedance)的倒数。通过实验或者计算机仿真方法，可以在图3的导纳图中得到两条模态曲线，其中曲线I的波谷T与曲线II的波峰P在频率上存在一定的间隙(gap)。根据滤波器的设计原则，需要使对称模态的反共振频率接近于反对称模态的共振频率，或者使反对称模态的反共振频率接近于对称模态的共振频率。一方面，如果对称模态与反对称模态之间的耦合强度很强，则会在两者之间将产生极大的排斥，这样带来的结果是模态间的频率差距较大，从而导致所构建的滤波器带内产生凹坑，滤波器的平坦度设计要求不能得到满足。另一方面，如果对称模态与反对称模态之间的耦合强度被极大地减弱，则会导致对称模态的反共振频率远大于反对称模态的共振频率、或者导致反对称模态的反共振频率远大于对称模态的共振频率，这种过耦合将导致带宽下降，也不利于宽带应用。可以理解的是，这里描述的振动模式可以是多种多样的体声波。例如可以是纵向剪切体声波、纵向伸缩体声波、兰姆(Lamb)波，等等。具体的体声波的形式不受到本公开的实施例的限制。

在图3的导纳曲线图中，如果两条曲线I和II之间的gap越小，则表示二者的耦合强度越合理，滤波器的性能则越好。研究发现，通过改变滤波器内部元件的结构和材料，可以对两种模态之间的耦合强度进行调控，从而改善滤波器的滤波性能。因此，在本公开的一些实施例中，可以对滤波器的模态间的耦合强度进行调控，使其满足设计原则，从而构建满足宽带、高频、带内插损小、平坦度高的滤波器。

下面参照图4至图13来描述根据本公开的一些示例性实施例的滤波器的示意图。图4示 出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器400的示意性立体图。结合图1和图4所示，滤波器400总体上包括第一谐振器410、第二谐振器420和位于第一谐振器410和第二谐振器420之间的第一耦合层430。第一谐振器410包括第一电极411、第二电极412以及设置在第一电极411和第二电极412之间的第一压电层413。第二谐振器420包括第三电极421、第四电极422以及设置在第三电极421和第四电极422之间的第二压电层423。

在一些实施例中，可以通过调节第一谐振器410或第二谐振器420的机电耦合系数k ²来实现对滤波器400的优化。机电耦合系数k ²用于衡量谐振器在振动过程中机械能与电能相互变换的程度，其可以由以下公式来定义：

其中f _r表示材料的谐振频率，而f _a表示材料的反谐振频率。

在一些实施例中，第一谐振器410包括高耦合的压电材料，使其机电耦合系数k ²不低于20％，例如第一谐振器410的压电材料313由铌酸锂(Lithium Niobate，LiNbO ₃)或者钽酸锂(Lithium Tantalate，LiTaO ₃)制成。在另一些实施例中，第二谐振器420包括高耦合的压电材料，使其机电耦合系数不低于20％，例如第二谐振器420的压电层423由铌酸锂或者钽酸锂制成。

在进一步的实施例中，第一谐振器410和第二谐振器420两者都实现机电耦合系数不低于20％，例如第一压电层413和第二压电层423两者都由铌酸锂或者钽酸锂制成。

在一些实施例中，第一谐振器410或者第二谐振器420的机电耦合系数k ²不低于20％，在此情形下，在图3中的曲线I与曲线II可以实现大的带宽。滤波器400由此在更大的频率宽度上具有良好的性能，从而适用于宽带滤波器的设计。

在一些实施例中，该铌酸锂可以是具有-18°Y切角的铌酸锂。应该理解的是，这里的具体角度仅仅是示例性的，而非限制性的。还可以采用其他的切角的铌酸锂，例如-10°Y切角至-30°Y切角范围内的任一切角。在其他的实施例中，还可以采用切角为X方向的X切(X-cut)铌酸锂或者切角为Y方向的Y切(Y-cut)铌酸锂。还应该理解的是，X切铌酸锂或Y切铌酸锂并不要求严格是沿着X方向或者Y方向。在其他的实施例中，可以采用-10°X切角至10°X切角范围内的任一切角的铌酸锂，或者采用-10°Y切角至10°Y切角范围内的任一切角的铌酸锂。

在一些实施例中，该钽酸锂可以是具有-18°Y切角的钽酸锂。应该理解的是，这里的具体角度仅仅是示例性的，而非限制性的。还可以采用其他的切角的钽酸锂，例如-10°Y切角至-30°Y切角范围内的任一切角。在其他的实施例中，还可以采用切角为X方向的X切(X-cut)钽酸锂或者切角为Y方向的Y切(Y-cut)钽酸锂。还应该理解的是，X切钽酸锂或Y切钽酸锂并不要求严格是沿着X方向或者Y方向。在其他的实施例中，可以采用-10°X切角至10°X切角范围内的任一切角的钽酸锂，或者采用-10°Y切角至10°Y切角范围内的任一切角的钽酸锂。

以此方式，可以通过实验或仿真计算方式确定出的合适切角的材料，从而选择最合适的材料来对压电层进行改进，通过改善机电耦合系数k ²，使滤波器在超大带宽下具有良好的性能。

返回参考图1，如所示出，在对滤波器100进行测试时，滤波器100的第一电极111耦接至输入端IN，并且输出端OUT滤波器100的第四电极122耦接至输出端OUT，并且第二 电极112和第三电极121都耦接至参考端REF。应该理解的是，这里示出的接线方式仅仅是示意性的，而非限制性的。根据具体的使用场景，可以采用其他接线方式来为滤波器100施加外加信号。

在进一步的实施例中，如图4所示，滤波器400的第一压电层413和第二压电层423中的至少一个压电层可以包括铌酸锂或钽酸锂。以此方式，可以通过对第一压电层413和第二压电层423的材料的改进，来优化滤波器400的性能。

在一些实施例中，可以对第一耦合层430的材料的声阻抗Z进行调整，从而合理地降低对称模态与反对称模态之间的耦合强度。声阻抗Z用来衡量将介质移位所需克服的阻力，其可以由以下公式来定义。

Z＝v*ρ

其中，v表示声波在第一耦合层430的材料内传播的速度，ρ表示第一耦合层430的材料的密度。

在一些实施例中，第一耦合层430可以包括声阻抗Z介于4*10 ⁶kg/m ²s至16*10 ⁶kg/m ²s的材料。以此方式，通过使声阻抗Z处于上述范围，可以实现对第一谐振器410和第二谐振器420之间的耦合强度的合理控制。

在进一步的实施例中，第一耦合层330可以包括SiO ₂(Silicon dioxide，二氧化硅)、SiOC(Carbon-doped silicon dioxide，掺碳二氧化硅)、SiOF(Fluorine-doped silicon dioxide，掺氟二氧化硅)、W(Tungsten，钨)或这些材料的任意组合。当然，应当理解的是，这里列出的第一耦合层430的材料仅仅是示例性的，而非限制性的。第一耦合层430可以由其他材料制成，只要其声阻抗Z可以介于4*10 ⁶kg/m ²s和16*10 ⁶kg/m ²s之间即可。具体的材料不受到本公开的实施例的限制。

研究发现，除了直接对滤波器400的第一耦合层430的材料进行改进之外，还可以通过对滤波器400内部的结构进行改进，来实现对材料的声阻抗Z进行调整。下面结合图5至图13对根据本公开的示例性实施例的滤波器的结构进行描述。

图5和图6分别示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器的示意性剖视图和立体图。在图5中示出的实施例中，第一耦合层530可以设置有至少一个通孔532，通孔532可以沿着图示的Z方向贯穿第一耦合层530。以此方式，设置通孔532可以通过降低第一耦合层530的X方向上的投影面积，从而有效地改变第一耦合层530内部结构的紧密程度。这样能够改变声波在第一耦合层530的材料内传播的速度以及第一耦合层530的材料的密度。由此声阻抗Z可以被合理地调整，对称模态与反对称模态之间的耦合强度得以减弱。

在一些实施例中，如图5所示，至少一个通孔532包括多个通孔532，多个通孔532在第一谐振器510和第二谐振器520之间沿Z轴平行地延伸。以此方式，可以进一步降低第一谐振器510与第二谐振器520之间的耦合强度。应该理解的是，这里的平行并不要求严格意义上的绝对平行，而是允许在多个通孔532之间存在一定的不平行程度。此外，在图5的实施例中，这些通孔532与第二电极512和第三电极521是大致垂直的。应该理解的是，这也仅仅是示意性的，通孔532与第二电极512和第三电极521可以呈其他的角度，例如85度、80度、75度，等等。具体的角度不受到本公开的实施例的限制。

在其他的实施例中，第一耦合层530还可以设置有盲孔(未示出)，相比于图5所示的通孔532，盲孔不完全贯穿第一耦合层530。盲孔同样可以改变第一耦合层530内部结构的紧密程度，从而通过对声阻抗Z的合理调整来减弱对称模态与反对称模态之间的耦合程度。应该 理解的是，盲孔进入第一耦合层530中的深度可以根据不同的要求来设定，本发明对此不做限制。

在图6所示的实施例中示出了通孔632的一种可行的形式。如图所示，通孔632在XY平面上可以具有矩形的截面。然而应该理解的是，这仅仅是示意性的，并非限制性的，在其他的实施例中，通孔632可以具有其他形状，例如圆形、三角形、五边形等。并且，如图6所示，通孔632可以在X轴和Y轴方向上呈阵列排布。阵列中的通孔632的数目可以根据具体的设计要求来调整。

图7示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器700的示意性剖视图。在图示的实施例中，滤波器700还可以包括以层叠方式布置在第二谐振器720下方的第三谐振器740。在第三谐振器740和第二谐振器720之间还可以设置有第二耦合层750，用于将第三谐振器740和第二谐振器720耦合在一起。

在一些实施例中，第二耦合层750可以类似于前面描述的第一耦合层730，包括声阻抗Z可以介于4*10 ⁶kg/m ²s和16*10 ⁶kg/m ²s之间的材料。类似地，这种材料也可以是SiO ₂、SiOC、SiOF和W中的一种或多种。由此可以实现对对称模态与反对称模态间的耦合强度的合理控制。

在一些实施例中，如图7所示，每个第三谐振器740可以包括第五电极741、第六电极742以及设置在第五电极741和第六电极742之间的第三压电层743。虽然图上示出了层叠布置的三个谐振器710、720、740，应该理解的是，可以设置层叠布置的更多数目的谐振器，例如四个、五个或更多个。具体的数目不受到本公开的实施例的限制。由此，通过在谐振器之间采用其他的谐振器，从而对耦合强度进行调控，使其符合设计的要求。

在一些实施例中，第三压电层743可以类似于前面描述的第一压电层713或第二压电层723，包括耦合系数不低于20％的材料。这种材料可以是铌酸锂或钽酸锂。

图8示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器800的示意性立体图。在图示的实施例中，第一谐振器810可以包括至少一个第一凹部815，至少一个第一凹部815从第一压电层813上的不被第一电极覆盖的部分沿着Z方向延伸贯穿第一压电层813。在其他的实施例中，第一凹部815可以沿着Z方向延伸贯穿第一压电层813，并且到达第一压电层813下方的第二电极812、第一耦合层830、第三电极821、第二压电层823和第四电极822中的任一层。通过设置沿Z方向延伸并贯穿第一压电层813的第一凹部815，通过由此带来的对第一谐振器810和第二谐振器820杂散模态的抑制及能量的限制，可以有利于实现干净平滑的滤波器响应。

在一些实施例中，可以在滤波器800的另一侧也设置有至少一个与第一凹部815类似的第二凹部(未示出)。该第二凹部设置在第二谐振器820上，并且从第二压电层823上的不被第四电极822覆盖的部分延伸贯穿第二压电层823。以此方式，通过对称地设置第一凹部815与第二凹部，可以实现更加优异的能量限制和杂散模态抑制，使滤波器800可以满足更好的带外抑制和更高的品质因素的需求。

可以理解的是，类似于第一凹部815，在一些实施例中，第二凹部也可以延伸以依次贯穿第二压电层823、第三电极821、第一耦合层830、第二电极812、第一压电层813和第一电极811。

图9示出了图8中的滤波器800的经过仿真得到的导纳曲线图。从图9中可以看出导纳曲线中并没有存在明显的杂散现象，这表明通过滤波器800上的第一凹部815的结构，实现 了对杂散模态的抑制，滤波器800的良好性能得以保证。

图10示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器1000的示意性立体图。在图示的实施例中，滤波器1000还可以包括至少一个金属件1016，金属件1016设置为耦合至第一电极1011。在图10的实施例中，金属件1016可以成条状结构，并且被设置在第一电极1011上靠近边缘的位置并且大体上沿X方向延伸。金属件1016可以用来抑制滤波器1000的杂散效应、增加模态曲线的平坦度，从而进一步优化滤波器1000的性能。

图11示出了图10中的滤波器1000的经过仿真得到的导纳曲线图。从图11中可以看出导纳曲线中并没有存在明显的杂散现象，这表明通过滤波器1000上的凹部1015以及金属件1016的结构，可以有效地消除杂散效应导致的不良影响。

图12示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器1200的示意性立体图。如图所示，在一些实施例中，金属件1216可以被进一步设置在第一电极1211上靠近边缘的位置并且大体上沿X方向和Y方向延伸，从而大致围绕第一电极1211的边缘。在其他的实施例中，金属件1216还可以呈现其他的方式，例如金属件1216可以在第一电极1211上方形成多边形、环形、椭圆形、井字形、蜂巢形中一种或其任意的组合形状。

在一些实施例中，金属件1016、1216可以包括各种金属材料，例如由Al、Cu、Au、Ag、Pt、W等材料制成。当然，应当理解的是，这里列出的金属件1016、1216的材料仅仅是示例性的，而非限制性的。金属件1016、1216可以由其他材料制成。具体的材料不受到本公开的实施例的限制。

图13示出了根据本公开的另一个示例性实施例的滤波器的示意性立体图。在图13所示的实施例中，滤波器1300还包括位于其底部的衬底1360，用来支撑滤波器1300的其他结构，例如用来为第一谐振器1310和第二谐振器1320提供结构支撑。该衬底1360包括布拉格反射层。如图13所示，布拉格反射层由多层薄膜1370叠加组成。在进一步的实施例中，这些多层薄膜1370由声阻抗Z较高的薄膜和声阻抗Z较低的薄膜间隔叠加。由此，声波在经过声阻抗Z较高的薄膜与声阻抗Z较高的薄膜的界面时会发生声学信号的反射。两种材料的声阻抗Z相差越大就越容易形成强烈的反射，从而减小信号在边界处的杂散，提高滤波器1300的性能。

应当理解的是，本公开的附图仅仅是一些示意性的实施例。各个图中的结构可以相互组合，从而更进一步优化滤波器的过滤性能。例如，在图7所示的具有多个层叠结构的谐振器710、720、730的滤波器700中，可以在第一耦合层730和第二耦合层750都设置有图5中示出的至少一个通孔532。或者，在图8、图10、图12或图13示出的滤波器800、1000、1200、1300的第一耦合层830、1030、1230、1330中，也可以设置图5中的通孔532。又如，在图5示出的滤波器500的第一电极511的上方或者第四电极522的下方，可以设置图10及图12中示出的金属件1016、1216来抑制杂散。这样的金属件1016、1216也可以设置在图7的滤波器700的第一电极711的上方或者第六电极742的下方或者中间电极，以避免滤波器700的性能受到杂散效应的限制。应当理解的是，基于这些附图还可以设想其他的组合方式，具体的方式落入本公开的范围内，在此不再赘述。

图14至图16分别示出了由多个根据本公开的实施例的单元滤波器组成的多端口滤波器集合不同角度的示意图。如图14所示，图中示出了由两个单元滤波器1450串联构成的二端口集合1400。可以理解的是，这里的单元滤波器1450可以是上面描述的任何一种滤波器。在一些实施例中，各个单元滤波器1450可以是相同的。在另一些实施例中，各个单元滤波器 1450之间也可以是彼此不同的。也就是说，可以将图8、图10、图12或图13示出的滤波器800、1000、1200、1300中的一种或多种滤波器替换图14中的滤波器1450。在进一步的实施例中，可以将上面各图的滤波器中的通孔、金属件或者凹部进行适当的布置和组合，从而可以实现杂散的完美抑制，同时确保平坦的电学响应，由此提供滤波器的品质因数。

根据本公开的实施例的滤波器可以被集成到模组芯片中。滤波器可以适用于各种使用环境中，例如手机、基站、雷达等，用于进行无线通信。

在本公开的另一个方面，提供了一种射频系统。该射频系统包括射频电路以及上文描述的滤波器。本公开实施例中，射频系统可包括独立的天线、独立的射频前端(RF front end，RFFE)器件、以及独立的射频芯片。射频芯片有时也被称为接收机(receiver)、发射机(transmitter)或收发机(transceiver)。天线、射频前端器件和射频处理芯片都可以单独制造和销售。当然，射频系统也可以基于功耗和性能的需求，采用不同的器件或者不同的集成方式。例如，将属于射频前端的部分器件集成在射频芯片中，甚至将天线和射频前端器件都集成射频芯片中，该射频芯片也可以称为射频天线模组或天线模组。

在本公开的又一个方面，提供了一种电子设备。该电子设备总体上包括处理器、电路板、以及包括上文描述的滤波器，其中滤波器和处理器设置在电路板上。射频系统和电子设备可以适用于在各种实际环境进行无线通信。图17示出了本公开实施例可在其中实施的示例无线通信系统1700的示意图。如图17所示，无线通信系统1700包括终端1701和基站1702。示例性地，电子设备可以包括但是不限于图17所示的终端或者基站中的一种。

应理解，无线通信系统中，设备可分为提供无线网络服务的设备和使用无线网络服务的设备。提供无线网络服务的设备是指那些组成无线通信网络的设备，可简称为网络设备(network equipment)，或网络单元(network element)。网络设备通常归属于运营商(如中国移动和Vodafone)或基础设施提供商(如铁塔公司)，并由这些厂商负责运营或维护。网络设备还可进一步分为无线接入网(radio access network，RAN)设备以及核心网(core network，CN)设备。典型的RAN设备包括基站(base station，BS)。

应理解，基站有时也可以被称为无线接入点(access point，AP)，或发送接收点(transmission reception point，TRP)。具体地，基站可以是5G新无线电(new radio，NR)系统中的通用节点B(generation Node B，gNB)，4G长期演进(long term evolution，LTE)系统的演进节点B(evolutional Node B，eNB)。根据基站的物理形态或发射功率的不同，基站可被分为宏基站(macro base station)或微基站(micro base station)。微基站有时也被称为小基站或小小区(small cell)。

使用无线网络服务的设备通常位于网络的边缘，可简称为终端(terminal)。终端能够与网络设备建立连接，并基于网络设备的服务为用户提供具体的无线通信业务。应理解，由于终端与用户的关系更加紧密，有时也被称为用户设备(user equipment，UE)，或订户单元(subscriber unit，SU)。此外，相对于通常在固定地点放置的基站，终端往往随着用户一起移动，有时也被称为移动台(mobile station，MS)。此外，有些网络设备，例如中继节点(relay node，RN)或者无线路由器等，由于具备UE身份，或者归属于用户，有时也可被认为是终端。

具体地，终端可以是移动电话(mobile phone)，平板电脑(tablet computer)，膝上型电脑(laptop computer)，可穿戴设备(比如智能手表，智能手环，智能头盔，智能眼镜)，以及其他具备无线接入能力的设备，如智能汽车，各种物联网(internet of thing，IOT)设备，包 括各种智能家居设备(比如智能电表和智能家电)以及智能城市设备(比如安防或监控设备，智能道路交通设施)等。

按照传输方向的不同，从终端1701到基站1702的传输链路记为上行链路(uplink，UL)，从基站到终端的传输链路记为下行链路(downlink，DL)。相类似地，上行链路中的数据传输可简记为上行数据传输或上行传输，下行链路中的数据传输可简记为下行数据传输或下行传输。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (17)

1. 一种滤波器，包括：

   第一谐振器，包括：

   第一电极；

   第二电极；以及

   第一压电层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

   第二谐振器，包括：

   第三电极；

   第四电极；以及

   第二压电层，设置在所述第三电极和所述第四电极之间；以及

   第一耦合层，位于所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，

   其中所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一者的机电耦合系数不低于20％。
2. 一种滤波器，包括：

   第一谐振器；

   第二谐振器；以及

   第一耦合层，位于所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，所述第一耦合层中设置有孔状结构，所述孔状结构用于减弱所述第一谐振器和所述第二谐振器之间的耦合强度。
3. 根据权利要求2所述的滤波器，其中所述孔状结构包括至少一个通孔或者盲孔，所述至少一个通孔贯穿所述第一耦合层。
4. 根据权利要求3所述的滤波器，其中所述第一谐振器、所述第一耦合层和所述第二谐振器沿第一方向依次层叠设置，所述至少一个通孔或者盲孔包括多个通孔或者盲孔，所述多个通孔在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间沿垂直于所述第一方向的第二方向平行延伸。
5. 根据权利要求3至4中任一项所述的滤波器，其中所述第一谐振器包括：

   第一电极；

   第二电极；

   第一压电层，所述第一压电层位于所述第一电极和所述第二电极之间；以及

   至少一个第一凹部，所述至少一个第一凹部从所述第一压电层上的不被所述第一电极覆盖的部分延伸贯穿所述第一压电层。
6. 根据权利要求5所述的滤波器，其中所述第二谐振器包括：

   第三电极；

   第四电极；

   第二压电层，所述第二压电层位于所述第三电极和所述第四电极之间；以及

   至少一个第二凹部，所述至少一个第二凹部从所述第二压电层上的不被所述第四电极覆盖的部分延伸贯穿所述第二压电层。
7. 根据权利要求6所述的滤波器，其中所述至少一个第一凹部延伸以依次贯穿所述第一压电层、所述第二电极、所述第一耦合层、所述第三电极、所述第二压电层和所述第四电极。
8. 根据权利要求7所述的滤波器，其中所述至少一个第二凹部延伸以依次贯穿所述第二压电层、所述第三电极、所述第一耦合层、所述第二电极、所述第一压电层和所述第一电极。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的滤波器，还包括：

   至少一个金属件，设置为耦合至所述第一电极或所述第四电极。
10. 根据权利要求6至9中任一项所述的滤波器，其中所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一者包括机电耦合系数不低于20％的材料。
11. 根据权利要求2至10中任一项所述的滤波器，其中所述第一耦合层包括声阻抗介于4*10 ⁶kg/m ²s至16*10 ⁶kg/m ²s的材料。
12. 根据权利要求2至11中任一项所述的滤波器，其中所述第一压电层和所述第二压电层中的至少一者包括铌酸锂或钽酸锂。
13. 根据权利要求12所述的滤波器，其中所述铌酸锂是X切铌酸锂、Y切铌酸锂、-18°Y铌酸锂中的一种或多种，所述钽酸锂是X切钽酸锂、Y切钽酸锂、-18°Y钽酸锂中的一种或多种。
14. 根据权利要求2至13中任一项所述的滤波器，其中所述第一耦合层包括SiO ₂、SiOC、SiOF和W中的一种或多种。
15. 根据权利要求2至14中任一项所述的滤波器，还包括：

    衬底，设置在所述第二谐振器的与所述第一谐振器相对的一侧，用于支撑所述第一谐振器和所述第二谐振器，其中所述衬底包括布拉格反射层，所述布拉格反射层由多层膜叠加组成。
16. 一种射频系统，包括：

    根据权利要求1-15中任一项所述的滤波器和射频电路。
17. 一种电子设备，包括：

    处理器；

    电路板；以及

    根据权利要求1-15中任一项所述的滤波器，

    其中所述滤波器和所述处理器设置于所述电路板上。