专利名称：压电声波谐振器和滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及谐振器领域，并且特别地，涉及一种压电声波谐振器和滤波器。
背景技术：
随着无线通信和无线接入的发展，频率资源越来越拥挤，不同通信系统频带间的保护间隔越来越小。为了保证每个系统中的每个模块都能正常工作，互不影响，射频前端就不得不朝着微型化、集成化、高性能、低功耗和低成本的方向发展。以压电薄膜为核心的表面声波(SAW)技术虽然可以实现器件微型化，但它存在工作频率低、插入损耗较大、功率容量较小、易受温度影响以及与IC(集成电路)工艺不兼容等缺点。相对于SAW，薄膜体声波谐振器(FBAR)的Q值更高，工作频率可高达IOGHz，温度特性好，承受功率大，插损小。过去十年间，FBAR技术发展迅猛，采用体声波技术制造的双工器已经在移动电话中被广泛使用。与此同时，为保证收发信号不失真，确保传输信号的完整性，最新的通讯协议(例如WCDMA等)都对通信设备器件提出了更为严苛的线性度方面的要求，特别是对器件产生的交调失真与谐波失真。因此，FBAR双·工器非线性方面的研究对于双工器性能的评测与提升具有十分重要的意义。但是现在通用技术中压电声波谐振器的非线性度都差强人意。如图1所示，为现有技术中的压电声波谐振器1000的结构示意图。压电声波谐振器1000由第一电极11、第二电极12、夹在第一电极11和第二电极12之间的压电层13以及位于第二电极12下方的声波反射结构组成，本文为了简化示意图，在某些图中省略了声波反射结构，并且省略了第一电极、第二电极和压电层的文字标识。针对相关技术中通信设备的线性度不高，导致传输信号失真以及不完整的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中通信设备的线性度不高，导致传输信号失真以及不完整的问题，本发明提出一种压电声波谐振器和滤波器，能够改进压电声波谐振器的线性度，保证信号的完整性，避免传输信号失真。本发明的技术方案是这样实现的:根据本发明的一个方面，提供了一种压电声波谐振器。根据本发明的压电声波谐振器包括第一谐振器单元和第二谐振器单元，每个谐振器单元包括第一电极、压电层和第二电极，并且，对于每个谐振器单元，压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方；其中，每个谐振器单元的一个电极连接至信号端，另一电极连接另一谐振器单元，并且电流沿第一方向穿过第一谐振器单元的压电层，并且沿着第二方向穿过第二谐振器单元的压电层，第一方向不同于第二方向。一方面，压电声波谐振器包括串联的第一谐振器单元和第二谐振器单元，其中，第一谐振器单元的第一电极连接至第一信号端，第二谐振器单元的第一电极连接至第二信号端，其中，第一谐振器单元的第二电极与第二谐振器单元的第二电极电连接，或者，第一谐振器单元和第二谐振器单元共用同一第二电极。另一方面，压电声波谐振器包括串联的第一谐振器单元和第二谐振器单元，其中，第一谐振器单元的第二电极连接至第一信号端，第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端，其中，第一谐振器单元的第一电极与第二谐振器单元的第一电极电连接，或者，第一谐振器单元和第二谐振器单元共用同一第一电极。此外，压电声波谐振器包括并联的第一谐振器单元和第二谐振器单元，其中，第一谐振器单元的第二电极和第二谐振器单元的第一电极连接至第一信号端，第一谐振器单元的第一电极和第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端。根据本发明的另一方面，提供了一种压电声波滤波器。根据本发明的压电声波滤波器包括第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器，第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器中的至少一个包括第一谐振器单兀和第二谐振器单元，每个谐振器单元具有第一电极、压电层和第二电极，且压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方，并且，对于该压电声波谐振器中的每个谐振器单兀，该谐振器单元的一个电极连接至信号端，另一电极连接另一谐振器单元，并且电流沿第一方向穿过一谐振器单元的压电层，并且沿着第二方向穿过另一谐振器单元的压电层，第一方向不同于第二方向。一方面,在一压电声波谐振器中,第一谐振器单兀的第一电极连接至第一信号端，第二谐振器单元的第一电极连接至第二信号端，其中，第一谐振器单元的第二电极与第二谐振器单元的第二电极电连接，或者，第一谐振器单元与第二谐振器单元共用同一第二电极。另一方面，在一压电声波谐振器中，第一谐振器单元的第二电极连接至第一信号端，第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端，其中，第一谐振器单元的第一电极与第二谐振器单元的第一电极电连接，或者 ，第一谐振器单元与第二谐振器单元共用同一第一电极。此外，在一压电声波谐振器中，第一谐振器单元的第一电极和第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端，第二谐振器单元的第二电极和第二谐振器单元的第一电极连接至接地端。本发明通过对两个谐振器单元进行改进，使电流在谐振器单元的压电层中的流经方向不同，能够改进压电声波谐振器的线性度，保证信号的完整性，避免传输信号失真，提高了信号传输质量。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中的压电声波谐振器的示意图；图2a是根据本发明实施例的压电声波谐振器的一个实施例的示意图2b是根据本发明实施例的压电声波谐振器的另一个实施例的示意图；图3a是根据本发明实施例的压电声波谐振器的再一个实施例的示意图；图3b是根据本发明实施例的压电声波谐振器的另一个实施例的示意图；图4a_图4d是采用图1_图3b所示连接方式的压电声波谐振器的二次谐波测试结果示意图；图5是压电声波滤波器的示意图；图6是根据本发明实施例的压电声波滤波器的一个实施例的示意图；图7是根据本发明实施例的压电声波滤波器的另一个实施例的示意图；图8a_图Sc是采用图5_图7所示连接方式的压电声波滤波器的二次谐波测试结果示意图；图9是根据本发明实施例的压电声波滤波器与传统滤波器组合使用的示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。根据本发明的实施例，提供了一种压电声波谐振器。根据本发明实施例的谐振器包括串联连接或并联连接的两个谐振器单元，例如，谐振器包括第一谐振器单元和第二谐振器单元，每个谐振器单元包括第一电极、压电层和第二电极，并且，对于每个谐 振器单兀，压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方(第二电极位于声波反射结构上方)；其中，每个谐振器单元的一个电极连接至信号端，另一电极连接另一谐振器单元，并且电流沿第一方向穿过第一谐振器单元的压电层，并且沿着第二方向穿过第二谐振器单兀的压电层，第一方向不同于第二方向。在一个实施例中，如图2a所示，根据本发明实施例的压电声波谐振器为串联谐振器2000，包括串联的第一谐振器单元2001和第二谐振器单元2002。其中，第一谐振器单元2001的第一电极211连接至第一信号端，第二谐振器单元2002的第一电极221连接至第二信号端，第一谐振器单元2001的第二电极212与第二谐振器单元2002的第二电极222电连接，或者，第一谐振器单元2001与第二谐振器单元2002可以共用同一第二电极，即，第一谐振器单元2001的第二电极与第二谐振器单元2002的第二电极属于同一金属层。在另一个实施例中，如图2b所示，根据本发明实施例的压电声波谐振器为串联谐振器2000，其中，第一谐振器单元2001的第二电极212连接至第一信号端，第二谐振器单元2002的第二电极222连接至第二信号端，第一谐振器单元2001的第一电极211与第二谐振器单元2002的第一电极221电连接，或者，第一谐振器单元2001与第二谐振器单元2002可以共用同一第一电极，即，第一谐振器单元2001的第一电极与第二谐振器单元2002的第一电极属于同一金属层。此外，压电声波谐振器中的两个谐振器单元之间的连接关系也可以是并联关系。在现有技术中，如图3a所示，压电声波谐振器为并联谐振器3000，其中，第一谐振器单元3001的第一电极311和第二谐振器单元3002的第一电极321连接至第一信号端，第一谐振器单元3001的第二电极312和第二谐振器单元3002的第二电极322连接至第二
信号端。在本发明的一个实施例中，如图3b所示，根据本发明实施例的压电声波谐振器为并联谐振器4000，包括并联的第一谐振器单元4001和第二谐振器单元4002。其中，第一谐振器单元4001的第二电极412和第二谐振器单元4002的第一电极411连接至第一信号端，第一谐振器单元4001的第一电极411和第二谐振器单元4002的第二电极422连接至第二
信号端。图4a_图4d为谐振器采用图1_图3b所示各种连接方式的实际测试结果。其中，图4a示出了对图1所示谐振器1000进行测试后的测试结果；图4b示出了对图2a和2b所示谐振器2000进行测试后的测试结果；图4c示出了对图3a所示谐振器3000进行测试后的测试结果；图4(1示出了对图3b所示谐振器4000进行测试后的测试结果；并且，在图4a-图4d中，横轴为频率(单位:MHz)，纵轴为能量(单位:dBm)。相比于图4a所示出的传统压电声波谐振器的信号质量测试结果，如图4b和图4d所示，根据本发明实施例的压电声波谐振器2000、4000能有效抑制谐振器的二次谐波，而参照图4c可以看出，现有技术的压电声波谐振器3000因为电流沿着同一方向穿过压电层，因此压电声波谐振器3000对二次谐波不具有抑制效果。应当注意，出于清楚的目的，图2a、2b、3a、3b中示出的每个谐振器单元的压电层是独立的，而在实际应用中，一个压电声波谐振器中的谐振器单元可以共用压电层，可选地，在同一滤波器中的多个压电声波谐振器的所有谐振器单元可以共用压电层。根据本发明的一个方面，提供了一种压电声波滤波器。根据本发明实施 例的压电声波滤波器包括第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器。其中，第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器中的至少一个包括第一谐振器单元和第二谐振器单元(即，该谐振器由第一谐振器单元和第二谐振器单元组成)，每个谐振器单元具有第一电极、压电层和第二电极，且压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方，并且，在由第一和第二谐振器单元组成的压电声波谐振器中，一个谐振器单元的一个电极连接至信号端，另一电极连接另一谐振器单元，并且电流沿第一方向穿过一谐振器单元的压电层，并且沿着第二方向穿过另一谐振器单元的压电层，第一方向不同于第二方向。如图5所示，根据本发明一个实施例的滤波器5000包括第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器，第一压电声波谐振器包括串联的第一谐振器单元(未示出)和第二谐振器单元(未示出)，第二压电声波谐振器包括并联的第一谐振器单元(未示出)和第二谐振器单元(未示出)。也就是说，在压电声波滤波器中，其中包括多个压电声波谐振器，而其中至少一个压电声波谐振器可以具有两个谐振器单元，而该谐振器单元满足以下条件:电流流过这两个谐振器单元的压电层的方向是不同的。并且，在一个压电声波滤波器中，可以是部分或全部串联谐振器满足该条件，也可以是部分或全部并联谐振器满足该条件，还可以是部分或全部串联谐振器、与部分或全部并联谐振器均满足该条件。换而言之，压电声波滤波器中的任意部分或全部谐振器都可以采用图2a、图2b或图3b所示的结构，下面将对此进行举例说明。在一个实施例中，如图6所示，根据本发明实施例的滤波器6000包括串联连接的第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器。其中，第一压电声波谐振器由第一谐振器单元6001串连第二谐振器单元6002组成，而第二压电声波谐振器6003仍然采用传统的压电声波谐振器。第一谐振器单兀6001的第一电极611连接至第一信号端,第二谐振器单兀6002的第一电极612和第二压电声波谐振器6003的第一电极连631接至第二信号端，第一谐振器单元6001的第二电极612与第二谐振器单元6002的第二电极622电连接，第二压电声波谐振器6003的第二电极接地632，在其他实施例中，第一谐振器单元6001可以与第二谐振器单元6002共用第二电极，第二谐振器单元6002也可以与第二压电声波谐振器6003共用第一电极。在另一个实施例中，根据本发明实施例的滤波器的第一压电声波谐振器仍然采用传统的压电声波谐振器，而第二压电声波谐振器由第三谐振器单元和第四谐振器单元并联组成。在一个实施例中，如图7所示，滤波器7000中的第一压电声波谐振器由第一谐振器单元7001和第二谐振器单元7002串联而成。第一谐振器单元7001的第一电极711连接至第一信号端，第二谐振器单元7002的第一电极721连接至第二信号端，第一谐振器单元7001的第二电极712与第二谐振器单元7002的第二电极722电连接。在其他实施例中，第一谐振器单元7001与第二谐振器单元7002可以共用第二电极。而第二压电声波谐振器由第三谐振器单元7003和第四谐振器单元7004并联而成。第三谐振器单元7003的第一电极731和第四谐振器单元7004的第二电极742连接至第二信号端，第三谐振器单元7003的第二电极732和第四谐振器单元7004的第一电极741连接至接地端。 在其他实施例中，第二谐振器单元7002与第三谐振器单元7003可以共用第一电极。图Sa-图Sc为上述方案中的三种谐振器连接方式的实际测试结果，其中，图8a示出了对图5所示滤波器500 0进行测试后的测试结果；图Sb示出了对图6所示滤波器6000进行测试后的测试结果；图8c示出了对图7所示滤波器7000进行测试后的测试结果，并且，在图8a-图8c中，横轴为频率(单位:MHz)，纵轴为能量(单位:dBm)。如图8a和图8b所示，在压电声波滤波器5000的基础上，根据本发明实施例的压电声波滤波器6000的基频率信号在通带右半区域有提升，这是因为滤波器6000只将串联枝上的谐振器拆分了 ；将图8c与图8a进行对比可以发现，压电声波滤波器7000在压电声波滤波器5000的基础上，二次谐波信号在整个通带频率均有提升。图9是根据本发明实施例的压电声波滤波器与传统滤波器组合使用的示意图。如图9所示，由多个滤波器构成的双工器8000中包括多个滤波器，其中的部分滤波器可以是现有的常规滤波器，而另一部分滤波器中的部分或全部谐振器可以包括多个谐振器单元，这些谐振器满足条件:电流流过该谐振器中的谐振器单元的压电层的方向是不同的。综上所述，本发明通过对两个谐振器单元进行改进，使电流在谐振器单元的压电层中的流经方向不同，能够改进压电声波谐振器的线性度，保证信号的完整性，避免传输信号失真，提高了信号传输质量。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。
权利要求
1.一种压电声波谐振器，其特征在于，包括第一谐振器单元和第二谐振器单元，每个谐振器单元包括第一电极、压电层和第二电极，并且，对于每个谐振器单元，压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方； 其中，每个谐振器单元的一个电极连接至信号端，另一电极连接另一谐振器单元，并且电流沿第一方向穿过所述第一谐振器单元的压电层，并且沿着第二方向穿过所述第二谐振器单元的压电层，所述第一方向不同于所述第二方向。
2.根据权利要求1所述的压电声波谐振器，其特征在于，所述压电声波谐振器包括串联的第一谐振器单元和第二谐振器单元，其中，所述第一谐振器单元的第一电极连接至第一信号端，所述第二谐振器单元的第一电极连接至第二信号端，其中，所述第一谐振器单元的第二电极与所述第二谐振器单元的第二电极电连接，或者，所述第一谐振器单元和第二谐振器单元共用同一第二电极。
3.根据权利要求1所述的压电声波谐振器，其特征在于，所述压电声波谐振器包括串联的第一谐振器单元和第二谐振器单元，其中，所述第一谐振器单元的第二电极连接至第一信号端，所述第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端，其中，所述第一谐振器单元的第一电极与所述第二谐振器单元的第一电极电连接，或者，所述第一谐振器单元和第二谐振器单元共用同一第一电极。
4.根据权利要求1所述的压电声波谐振器，其特征在于，所述压电声波谐振器包括并联的第一谐振器单元和第二谐振器单元，其中，所述第一谐振器单元的第二电极和所述第二谐振器单元的第一电极连接至第一信号端，所述第一谐振器单元的第一电极和所述第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端。
5.—种压电声波滤波器,其特征在于，包括第一压电声波谐振器和第二压电声波谐振器，所述第一压电声波谐振器和所述第二压电声波谐振器中的至少一个包括第一谐振器单元和第二谐振器单元，每个谐振器`单元具有第一电极、压电层和第二电极，且压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方，并且，对于该压电声波谐振器中的每个谐振器单元，该谐振器单元的一个电极连接至信号端，另一电极连接另一谐振器单元，并且电流沿第一方向穿过一谐振器单元的压电层，并且沿着第二方向穿过另一谐振器单元的压电层，所述第一方向不同于所述第二方向。
6.根据权利要求5所述的压电声波滤波器,其特征在于,在一压电声波谐振器中，第一谐振器单元的第一电极连接至第一信号端，第二谐振器单元的第一电极连接至第二信号端，其中，第一谐振器单元的第二电极与第二谐振器单元的第二电极电连接，或者，所述第一谐振器单元与所述第二谐振器单元共用同一第二电极。
7.根据权利要求5所述的压电声波滤波器，其特征在于，在一压电声波谐振器中，第一谐振器单元的第二电极连接至第一信号端，第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端，其中，第一谐振器单元的第一电极与第二谐振器单元的第一电极电连接，或者，第一谐振器单元与第二谐振器单元共用同一第一电极。
8.根据权利要求5所述的压电声波滤波器,其特征在于,在一压电声波谐振器中,第一谐振器单元的第一电极和第二谐振器单元的第二电极连接至第二信号端，第二谐振器单元的第二电极和第二谐振器单元的第一电极连接至接地端。
全文摘要
本发明公开了一种压电声波谐振器和滤波器，该谐振器包括第一谐振器单元和第二谐振器单元，每个谐振器单元包括各自独立的第一电极、压电层和第二电极，两个谐振器单元，第一谐振器单元和第二谐振器单元通过电极之间的电连接构成压电声波滤波器；其中，对于每个谐振器单元，压电层位于第二电极上方，第一电极位于压电层上方。本发明通过对两个谐振器单元进行改进，使电流在谐振器单元的压电层中的流经方向不同，能够改进压电声波谐振器的线性度，保证信号的完整性，避免传输信号失真，提高了信号传输质量。
文档编号H03H9/46GK103248334SQ201310167209
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者庞慰, 胡念楚, 张 浩, 张代化 申请人:天津大学