CN220087265U - 滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滤波器及通信设备，其中所述滤波器，包括第一输入输出端、谐波抑制网络、谐振滤波网络和第二输入输出端，所述谐波抑制网络连接在谐振滤波网络和第二输入输出端之间；所述谐振滤波网络包括谐振器；所述谐波抑制网路中包括跟谐振滤波网络中的谐振器相同类型的谐振器；所述谐波抑制网络具有至少一个陷波点，且其中一个陷波点位于所述谐振滤波网络的高次谐波附近。

Description

滤波器及通信设备

技术领域

本实用新型与移动通信相关，特别是与涉及移动信号传输的滤波器相关，涉及滤波器及通信设备。

背景技术

随着移动通信技术的发展，移动通信设备需要满足不同频段、不同制式的通信要求，滤波器应运而生。滤波器对通信无线系统性能有至关重要的影响，随着第五代通讯技术的飞速发展，通讯系统对滤波器的体积和性能提出了更高的要求。

目前的滤波器一般通过谐振滤波网络来实现，谐振滤波网络通常由体声波谐振器通过串并联等方式构成，体声波谐振器是一种能产生谐振频率的电子元件，具有稳定、抗干扰性能良好的特点。

体声波谐振器的物理结构至少包括载体、形成在载体中的空腔、下电极、上电极以及夹在上下电极之间的压电层。其中压电层由具有机电转换能力的压电材料制造，用于实现声波和电信号之间的转换。

当体声波在压电层中的传播刚好是半波长或半波长的奇数倍时，就会产生谐振，而高次谐振会导致很强的寄生通带，影响在该区域的抑制性能。尤其当体声波谐振器的基础谐振频率向低频移动时，该寄生通带的影响将不可忽视。

此外，现有技术的一些高次谐波抑制电路会额外的引入电容电感，而电容电感直接形成在芯片裸片上则会大大增加裸片的面积，而形成在封装基板上会增加封装基板的设计难度和体积，因此开发具有高性能、小型化的滤波器是业界期望的。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种滤波器及通信设备。

其中滤波器，包括第一输入输出端、谐波抑制网络、谐振滤波网络和第二输入输出端，所述谐波抑制网络连接在谐振滤波网络和第二输入输出端之间；所述谐振滤波网络包括谐振器；所述谐波抑制网路中包括跟谐振滤波网络中的谐振器相同类型的谐振器；所述谐波抑制网络具有至少一个陷波点，且其中一个陷波点位于所述谐振滤波器网络的高次谐波附近。

进一步的，所述谐波抑制网络为低通混合型滤波器结构，所述谐振抑制网络中的谐振器构成容性元件单元，所述容性元件单元设置在所述谐振滤波网络中的谐振器的芯片衬底上。

进一步的，所述低通混合型滤波器结构还包括电感单元，所述电感单元设置在所述滤波器的芯片衬底晶圆上，或是形成在所述滤波器的封装基板上。

进一步的，所述电感单元的电感值小于2nH。

进一步的，所述谐振滤波网络串联连接在第一输入输出端和第二输入输出端之间，所述低通混合型滤波器结构并联连接在第二输入输出端和接地之间。

进一步的，所述低通混合型滤波器结构包括第一电感单元、第二电感单元以及所述容性元件单元，其中所述第一电感单元串联设置在所述谐振滤波网络的输出端和所述第二输入输出端之间，所述第二电感单元的第一端连接在所述第二输入输出端，所述第二电感单元的第二端与所述容性元件单元的第一端串联连接，所述容性元件单元的第二端连接在接地端；

或者，第一电感单元串联设置在所述谐振滤波网络的输出端和第二输入输出端之间，所述容性元件单元的第一端连接在所述第二输入输出端，所述容性元件单元的第二端与所述第二电感单元的第一端串联连接，所述第二电感单元的第二端连接在接地端；

或者，所述第一电感单元串联设置在所述谐振滤波网络的输出端和所述第二输入输出端之间，所述容性元件单元的第一端连接在所述谐振滤波网络的输出端，所述容性元件单元的第二端与所述第二电感单元的第一端串联连接，所述第二电感单元的第二端连接在接地端。

进一步的，所述第一电感单元和第二电感单元由单个或多个并联或串联电感构成，所述容性元件单元由单个或多个并联或串联的体声波谐振器构成。

进一步的，所述谐振滤波网络包括串联支路和多条并联支路，所述串联支路中包括多个串联谐振单元，所述并联支路包括多个并联谐振单元，所述串联谐振单元和所述并联谐振单元选自单个谐振器、多个谐振器的串并联、或者谐振器与电容或电感的串并联。

进一步的，所述谐振滤波网络与所述第一输入输出端之间具有第一匹配电路，所述谐振滤波网络与所述第二输入输出端之间具有第二匹配电路。

进一步的，所述第一和第二匹配电路结构为电感、电容或电感电容组合的串并联。

进一步的，本实用新型还公开了一种通信设备，包括前述的滤波器。本实用新型的有益效果是：本实用新型中通过引入谐波抑制网络可以有效的抑制寄生通带，更利于集成在基板上；降低了工艺复杂度的同时还减小了封装基板的设计难度以及体积，从而可以进一步的提高通信质量和实现器件的小型化。

附图说明

图1是本实用新型所涉及的移动通信终端的结构示意图；

图2是本实用新型滤波器的结构示意图；

图3是本实用新型中低通混合型滤波结构的一具体实施例；

图4是本实用新型中低通混合型滤波结构的另一变形实施例；

图5是本实用新型中低通混合型滤波结构的又一变形实施例；

图6为比较例一的滤波器的电路结构；

图7是比较例一中滤波器的信号传输特性曲线图；

图8是比较例一中滤波器的串联谐振器和并联谐振器的阻抗曲线；

图9是比较例二中滤波器谐波抑制网络的结构示意图；

图10是本实用新型中滤波器的信号传输特性曲线图；

图11是本实用新型中谐波抑制网络1的信号传输特性曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，使本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

在下文描述和权利要求中使用的术语和词语不限于书面含义，而是仅由发明人使用从而能够清楚并一致地理解本实用新型。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，提供本实用新型的各个实施例的下文描述仅出于说明的目的，而不是出于限制由所附权利要求及其等同物所限定的本实用新型的目的。

应当理解，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文明确地另有所指。因此，例如，涉及“模组”包括涉及一个或多个这样的模组。通过参考下文实施例的详细描述和附图，可以更容易地理解本实用新型的优点和特征以及实现本实用新型的方法。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使得本实用新型将是彻底和完整的，并且将本实用新型的概念充分传达给本领域技术人员，本公开将仅由所附的权利要求限定。

请参阅图1，图1是本实用新型所涉及的移动通信终端的结构示意图；移动通信终端可以包括处理器，以处理器为核心，射频电路、音频电路、显示电路、存储器、电源、传感器等功能模块可以与处理器相连。移动通信终端可以通过其内置的射频电路与基站进行通信，例如进行语音通信。基站将语音信号以特定频率发送至移动终端，移动终端通过射频电路接收这一语音信号，对信号进行处理后，转换为语音通过语音电路输出。在这一语音信号的发送与接收过程中，由于不可避免的例如干扰、器件参数误差等因素，使得信号中会包含多种不同频率的信号，射频电路的一个重要作用就是分离出其中需要的信号，而抑制其它信号，这一作用主要通过后续的谐振滤波网络与谐波抑制网络来完成。

在本实用新型中，移动通信终端可以是任何设备，只要它是执行与基站的无线电通信设备即可。例如，移动通信终端可以是移动电话终端、平板终端或笔记本等等。处理器可以被配置成执行指令，诸如存储在存储器中的那些指令，存储器可以包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以是计算装置可存取的任何可用物理介质，以实现存储在其上的指令。计算机可读存储介质可以包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable read only memory，EEPROM)、闪存或其他存储器、致密盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(Digital Versatile Disc，DVD)或其他光盘存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可用于存储所需信息并可由计算装置存取的任何其他介质。

可以包括具有多种不同功能的传感器，例如指纹传感器，用于进行指纹的识别，以用于开机、认证、支付等操作；还可以包括例如重力传感器、红外传感器等，这些传感器可以用于检测移动终端的状态，例如可以通过重力传感器来检测移动终端处于直立态还是水平态；图像传感器，用于获取外部图像，例如其可以包括安装于移动终端上的前置或后置摄像头。以上传感器仅仅是示例性的示出而已，本实用新型并非意在对具体传感器进行限定。

图2是本实用新型滤波器的结构示意图。如图2所示，滤波器中可以包括第一输入输出端A、谐振滤波网络2、谐波抑制网络1和第二输入输出端B。第一输入输出端A和第二输入输出端B之间设置有相连的谐振滤波网络2与谐波抑制网络1。

谐振滤波网络2为基础的滤波网络，其对基站发送的信号进行滤波处理，以获得特定频率的信号，例如基频谐振信号，即其为一带通滤波网络，允许基频通带内信号通过，而抑制基频通带外信号。遗憾的是，谐振滤波网络2通常存在多个谐振信号，其除了允许基频谐振信号通过外，也会存在高次谐波，这种高次谐波会导致很强的寄生通带，进而影响在高次谐波处的抑制性能。

谐振滤波网络2一般由谐振单元以串联、并联或混联的方式构成，谐振单元选自单个谐振器、多个谐振器的串并联、或者谐振器与电容或电感的串并联。

在图2所示的谐振滤波网络2中包括4个串联谐振单元，即串联谐振器S1、串联谐振器S2、串联谐振器S3、串联谐振器S4；和4个并联谐振单元，即并联谐振器P1、并联谐振器P2、并联谐振器P3和并联谐振器P4。其中，串联谐振器S1、串联谐振器S2、串联谐振器S3、串联谐振器S4依次串联连接在第一输入输出端A和谐波抑制网络1之间。具体的，串联谐振器S1连接在第一输入输出端A和节点N1之间，串联谐振器S2连接在节点N1和节点N2之间，串联谐振器S3连接在节点N2和节点N3之间，串联谐振器S4连接在节点N3和节点N4之间。并联谐振器P1连接于节点N1和接地之间，并联谐振器P2连接于节点N2和接地之间，并联谐振器P3连接于节点N3和接地之间，并联谐振器P4连接于节点N4和接地之间。

需要说明的是，图2中的谐振滤波网络2仅仅是一种示例性的说明，除图2所示结构的谐振滤波网络外，本领域技术人员可以明了，谐振滤波网络中可以包括更多的串联谐振器和或并联谐振器，例如可以使用6个、8个或者更多的串联谐振器和并联谐振器，当然反之也可以减少谐振器的数量，例如仅使用3个串联谐振器和3个并联谐振器组成谐振滤波网络。进一步的，谐振器可以单独接地，也可以通过共同的接地端子接地，例如图2中谐振器P1-P4均单独接地，可以理解的是谐振器P1-P4中也可以是至少两个谐振器通过共同的接地端子接地。进一步的，谐振器P1-P4中也可以是任一个谐振器通过串联电感后接地，谐振器P1-P4中也可以是至少两个谐振器通过串联共用电感后接地。

谐振器是能产生谐振频率的电子元件，具有稳定，抗干扰性能良好的特点，广泛应用于各种电子产品中。谐振器可以是薄膜空腔体声波谐振器或固体装配谐振器等等。

谐波抑制网络1连接于第二输入输出端B和接地之间，谐波抑制网络1目的在于抑制经过谐振滤波网络2后信号中的高次谐波导致的寄生通带和实现小型化。本实用新型中通过将谐波抑制网络1连接于第二输入输出端B和接地之间，能更好的削减最终输出信号中的高次谐波的影响，从而提升通信质量。谐波抑制网络1中包括跟构成谐振滤波网络的谐振器相同类型的谐振器。

谐波抑制网络1采用低通混合型滤波器结构，能产生至少一个陷波点，且其中一个陷波点位于基频通带截止频率附近，通过将陷波点的位置调节到谐振滤波网络的高次谐波的附近，使得基频通带截止频率附近具有陡峭的衰减特性。从而能有效抑制高次谐振产生的寄生通带。

进一步的，本实用新型中低通混合型滤波器结构中的电感可以选取电感值较小的电感来实现，示例性的，电感值可小于2nH，从而更有利于将电感集成在芯片晶圆或封装基板上，实现器件的小型化。进一步的，采用本实用新型中低通混合型滤波器结构在相同阶数下陷波点的抑制更高，更能减少对基频通带插入损耗的影响。

参阅图3，图3是本实用新型中低通混合型滤波器结构的一具体实施例。

具体的，本实用新型的低通混合型滤波器结构包括电感L1、电感L2、以及体声波谐振器PC1。具体的，其中电感L1串联设置在节点N4和第二输入输出端B之间，电感L2的第一端连接在第二输入输出端B，电感L2的第二端与体声波谐振器PC1的第一端串联连接，体声波谐振器PC1的第二端连接在接地端。体声波谐振器PC1的物理结构中至少包括载体、形成在载体上的下电极、上电极以及夹在上下电极之间的压电层，其中上下电极和压电层形成的叠层结构可视为平行板电容。本实用新型中为避免增加芯片尺寸，利用跟构成谐振滤波网络的谐振器相同类型的体声波谐振器在谐振滤波器网络2的串联谐振频率和并联谐振频率之外的频率中呈现容性的特点，用满足上述频率的体声波谐振器PC1来作为等效电容，与电感元件L1、L2配合构建低通混合型滤波器。通过调节体声波谐振器PC1的叠层结构的面积，可以方便改变等效电容的大小，且可与谐振滤波器网络中的体声波谐振器在相同衬底上同时制备。

参阅图4，图4是本实用新型中低通混合型滤波器结构的另一变形实施例。

该变形实施例中同样包括电感L1、电感L2、以及体声波谐振器PC1。与图3不同之处在于，体声波谐振器PC1和电感L2的连接方式不同。具体的，其中电感L1串联设置在节点N4和第二输入输出端B之间，体声波谐振器PC1的第一端连接在第二输入输出端B，体声波谐振器PC1的第二端与电感L2的第一端串联连接，电感L2的第二端连接在接地端。

参阅图5，图5是本实用新型中低通混合型滤波器结构的又一变形实施例。

该变形实施例中同样包括电感L1、电感L2、以及体声波谐振器PC1。其中电感L1串联设置在节点N4和第二输入输出端B之间，体声波谐振器PC1的第一端连接在节点N4，体声波谐振器PC2的第二端与电感L2的第一端串联连接，电感L2的第二端连接在接地端。

关于本实用新型中低通混合型滤波器结构，图3-5中虽然仅示出了一个电感，但本领域技术人员应当明了，可以由多个电感并联或串联来分别构成电感L1和电感L2，相应的也可以由多个谐振器串联或并联来等效成低通混合型滤波器结构中的电容C1。

本具体实施例中采用跟构成谐振滤波网络的谐振器相同类型的谐振器体声波谐振器作为低通混合型滤波器结构中的等效电容，从而使其可与谐振滤波器网络中的谐振器一起制备在相同衬底上，低通混合型滤波器结构中的由于可使用电感值较小的电感，从而可在芯片晶圆上，亦或在封装基板上集成，因此本实用新型中的低通混合型滤波器结构能避免增加芯片面积。

可以理解的是，本实用新型的低通混合型滤波器结构中在谐振滤波网络2与第一输入输出端A之间还具有第一匹配电路，谐振滤波网络2与第二输入输出端B之间可以具有第二匹配电路，当谐振滤波网络2与第二输入输出端B之间不具有第二匹配电路时，谐波抑制网络1同时起到谐波抑制和匹配作用。第一和第二匹配电路结构可为电感、电容或电感电容组合的串并联。

下面结合比较例对本实用新型的抑制寄生通带的工作原理进行更加详细介绍。

请参阅图6，图6为比较例一的滤波器的电路结构，其与本实用新型的滤波器的电路结构的区别在于,图6所示的滤波器中没有引入谐波抑制网络1。请参阅图7-8，图7是比较例一中滤波器的信号传输特性曲线图。

图8是比较例一中滤波器的串联谐振器和并联谐振器的阻抗曲线。如图7所示，图7所示的滤波器在高频区域有很强的寄生通带，结合图8可以清楚发现寄生通带的产生与谐振器的的高次谐振有明显的关系。

比较例二的滤波器的电路结构，其与本实用新型的滤波器的电路结构的区别在于，滤波器中谐波抑制网络采用如图9所示的由电容C1’和电感L1’串联构成的谐振支路。比较例二中的谐波抑制网络可以通过将电容C1和电感L1’串联构成的谐振支路的谐振频率调整至寄生滤波器的寄生通带的位置，从而改善该处的带外抑制效果。然而，比较例二中通常还需设置有一电感值较大的匹配电感，由于谐振支路上的电容的容值和电感的感值较大，以及匹配电容设置的电感值也通常较大，导致上述元件通常不能集成在芯片晶圆或封装基板上，导致在滤波器的体积较大，因此不利于滤波器的小型化。

请参阅图10，图10是本实用新型中滤波器的信号传输特性曲线图；与图7的比较例一的信号传输特性曲线相比较，本实用新型滤波器对寄生通带的抑制效果可以达到25dB以上。请参阅图11，图11是本实用新型中谐波抑制网络1的信号传输特性曲线图；结合图10和图11可以清晰的发现，本实用新型滤波器对寄生通带的抑制效果是由构成谐波抑制网络1的低通混合型滤波器结构的陷波点带来的。

通过上述描述可以发现，本实用新型通过引入谐波抑制网络可以有效的对高次谐波进行削减，提高通信质量，抑制寄生通带。

虽然技术已经关于一个或者多个实施方式进行说明和描述，但是在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下可以对所说明的示例做出变更和/或修改。特别是关于由上述部件或结构(组件、器件、电路、系统等)所执行的各种功能，用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的参考)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件或者结构(例如，功能上等价)，即便在结构上不等价于执行本文所说明的示例实施方式中的功能的所公开的结构，除非另外指明。另外，虽然特定特征可能已经关于若干实施方式中的一个实施方式被公开，但是如可能对于任何给定或者特定应用所期望且有利的，这样的特征可以与其他实施方式中的一个或者多个其他特征组合。此外，就详细描述或者权利要求书中使用术语“包含了”、“包含”、“具有了”、“具有”、“含有”或其变形而言，这样的术语以类似于术语“包括”的方式旨在是包括性的。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种滤波器，其特征在于，包括第一输入输出端、谐波抑制网络、谐振滤波网络和第二输入输出端，所述谐波抑制网络连接在谐振滤波网络和第二输入输出端之间；

所述谐振滤波网络包括谐振器；

所述谐波抑制网路中包括跟谐振滤波网络中的谐振器相同类型的谐振器；

所述谐波抑制网络具有至少一个陷波点，且其中一个陷波点位于所述谐振滤波网络的高次谐波附近。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述谐波抑制网络为低通混合型滤波器结构，所述谐振抑制网络中的谐振器构成容性元件单元，所述容性元件单元设置在谐振滤波网络中的谐振器的衬底上。

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述低通混合型滤波器结构还包括电感单元，所述电感单元设置在所述滤波器的芯片晶圆上，或是形成在所述滤波器的封装基板上。

4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述电感单元的电感值小于2nH。

5.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述谐振滤波网络串联连接在第一输入输出端和第二输入输出端之间，所述低通混合型滤波器结构并联连接在第二输入输出端和接地之间。

6.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，所述低通混合型滤波器结构包括第一电感单元、第二电感单元以及所述容性元件单元，其中所述第一电感单元串联设置在所述谐振滤波网络的输出端和所述第二输入输出端之间，所述第二电感单元的第一端连接在所述第二输入输出端，所述第二电感单元的第二端与所述容性元件单元的第一端串联连接，所述容性元件单元的第二端连接在接地端；

或者，第一电感单元串联设置在所述谐振滤波网络的输出端和第二输入输出端之间，所述容性元件单元的第一端连接在所述第二输入输出端，所述容性元件单元的第二端与所述第二电感单元的第一端串联连接，所述第二电感单元的第二端连接在接地端；

或者，所述第一电感单元串联设置在所述谐振滤波网络的输出端和所述第二输入输出端之间，所述容性元件单元的第一端连接在所述谐振滤波网络的输出端，所述容性元件单元的第二端与所述第二电感单元的第一端串联连接，所述第二电感单元的第二端连接在接地端。

7.如权利要求6所述的滤波器，其特征在于，所述第一电感单元和第二电感单元由单个或多个并联或串联电感构成，所述容性元件单元由单个或多个并联或串联的体声波谐振器构成。

8.如权利要求7所述的滤波器，其特征在于，所述谐振滤波网络包括串联支路和多条并联支路，所述串联支路中包括多个串联谐振单元，所述并联支路包括多个并联谐振单元，所述串联谐振单元和所述并联谐振单元选自单个谐振器、多个谐振器的串并联、或者谐振器与电容或电感的串并联。

9.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述谐振滤波网络与所述第一输入输出端之间具有第一匹配电路，所述谐振滤波网络与所述第二输入输出端之间具有第二匹配电路。

10.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述第一和第二匹配电路结构为电感、电容或电感电容组合的串并联。

11.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至10任一所述的滤波器。