一种声表面波滤波器及多工器的制作方法

1.本发明实施例涉及滤波技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器及多工器。


背景技术：

2.在通信行业中，滤波器具有重要的作用，例如：有源滤波器可提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命。在目前的5g复杂通讯电路中，节省电路空间与成本是电路设计中的一大难题。而现有技术中采用体积较小的声表面波滤波器，可节省电路空间。但在滤波电路中采用声表面波滤波器，存在通带外近端处的抑制效果较差的问题，因而影响通讯信号的质量。


技术实现要素：

3.本发明提供一种声表面波滤波器及多工器，以改善通带高频侧近端的带外信号抑制效果，提高通讯信号的质量。
4.根据本发明的一方面，提供了一种声表面波滤波器，该声表面波滤波器包括：
5.声表面波元件，所述声表面波元件连接于声表面波滤波器的输入端子和输出端子之间；
6.声表面波谐振单元，所述声表面波谐振单元连接于所述输入端子和所述输出端子之间。
7.可选的，所述声表面波谐振单元包括：声表面波谐振器；
8.所述声表面波谐振器的第一端与所述输入端子连接，所述声表面波谐振器的第二端与所述输出端子连接。
9.可选的，所述声表面波谐振单元的谐振频率位于所述声表面滤波器靠近通带最大值的邻带频率范围内。
10.可选的，所述声表面波谐振单元包括至少两个所述声表面波谐振器，至少两个所述声表面波谐振器串联连接；
11.位于首端的所述声表面波谐振器的第一端连接于所述输入端子；位于末端的所述声表面波谐振器的第二端连接于所述输出端子。
12.可选的，所述声表面波谐振单元还包括：体声波谐振器；
13.所述体声波谐振器的第一端连接于所述输入端子，所述体声波谐振器的第二端连接于所述输出端子。
14.可选的，所述声表面波谐振单元还包括：谐振电路，
15.所述谐振电路的第一端连接于所述输入端子，所述谐振电路的第二端连接于所述输出端子。
16.可选的，所述谐振电路包括电感器、电容器和电阻，所述电阻的第一端作为所述谐振电路的第一端，所述电阻的第二端与所述电感器的第一端电连接，所述电感器的第二端与所述电容器的第一端电连接，所述电容器的第二端作为所述谐振电路的第二端。
17.可选的，所述谐振电路包括电感器、电容器和电阻，所述电阻的第一端、所述电感器的第一端和所述电容器的第一端均作为所述谐振电路的第一端，所述电阻的第二端、所述电感器的第二端和所述电容器的第二端均作为所述谐振电路的第二端。
18.可选的，该声表面波滤波器还包括压电基板，所述声表面波元件包括：
19.至少三个奇数个的叉指换能器，至少三个所述叉指换能器沿第一方向排布，所述叉指换能器包括多个电极指；多个所述电极指沿第二方向延伸，沿所述第一方向排布，其中，所述第一方向为声表面波信号在所述压电基板上的传播方向，所述第二方向与所述第一方向正交；
20.反射器，所述反射器设置于多个所述叉指换能器沿所述第一方向上的两侧，所述反射器包括多个电极指，多个所述电极指沿所述第一方向排布，沿所述第二方向延伸。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种多工器，该多工器包括本发明任意实施例提供的声表面波滤波器。
22.本发明实施例提供的声表面波滤波器，通过在输入端子与输出端子之间增加声表面波谐振单元，声表面波谐振单元可对声表面波滤波器的通带边缘位置的对应频率信号进行抑制，使得信号传输的通带与阻带之间的过渡区域处的陡降增加滚降斜率增大。因此，在声表面波滤波器的输入端子与输出端子之间增设声表面波谐振单元，可达到提高声表面波滤波器在通带外近端的信号抑制效果，且可提高通带边缘对应频率的电信号的传输质量。
23.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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。
25.图1是根据本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的结构示意图；
26.图2是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；
27.图3是根据本发明实施例提供的声表面波滤波器的插入损耗特性曲线图；
28.图4是根据本发明实施例提供的声表面波滤波器的导纳特性曲线图；
29.图5是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；
30.图6是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的插入损耗特性曲线；
31.图7是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的导纳特性曲线；
32.图8是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；
33.图9是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；
34.图10是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图；
35.图11是根据本发明实施例提供的一种多工器的结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.本发明实施例提供了一种声表面波滤波器。图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的结构示意图。如图1所示，该声表面波滤波器包括：声表面波元件10和声表面波谐振单元20。声表面波元件10连接于声表面波滤波器的输入端子30和输出端子40之间；声表面波谐振单元20连接于输入端子30和输出端子40之间。
39.具体地，声表面波元件10利用声-电换能器的特性实现声电转换，使电信号可转换成表面声波进行传递，以实现电信号的传播。声表面波元件10的一端与输入端子30电连接，另一端与输出端子40电连接。当电信号由输入端子30输入声表面波元件10后，声表面波元件10的基材表面产生机械振动，并同时激发出与外加电信号频率相同的表面声波，表面声波可沿基材表面进行传播，并由输出端子40输出，从而实现电信号的传播。此外，声表面波元件10的体积相比于其他电磁波器件的体积较小，且具有较高的品质因子，电信号在声表面波元件10中传播时，能量损失的速率较慢。因此，在复杂的通讯电路中，采用声表面波元件10可节省电路空间，并保证通讯信号的质量。
40.同时，在声表面波滤波器中增设声表面波谐振单元20，声表面波谐振单元20的一端与输入端子30电连接，另一端与输出端子40电连接，即声表面波元件10的整体与声表面波谐振单元20并联连接，且连接于输入端子30与输出端子40之间。声表面波谐振单元20具有选频能力，可将特定频率的电信号保留，并滤除特定频率以外的电信号。示例性地，声表面波谐振单元20可滤除通带高频侧的带外近端对应频率的信号，达到很好的带外近端电信号的抑制效果，使通带与阻带之间的过渡阶段的滚降斜率增加。从而提高声表面波滤波器的带外抑制能力，具有良好的滤波效果，且使声表面波滤波器传输的电信号的质量提高。
41.综上所述，本实施例提供的声表面波滤波器，通过在输入端子与输出端子之间增加声表面波谐振单元，声表面波谐振单元可对声表面波滤波器的通带边缘位置的对应频率信号进行抑制，使得信号传输的通带与阻带之间的过渡区域处的陡降增加滚降斜率增大。因此，在声表面波滤波器的输入端子与输出端子之间增设声表面波谐振单元，可达到提高声表面波滤波器在通带外近端的信号抑制效果，且可提高通带边缘对应频率的电信号的传输质量。
42.可选的，图2是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图2所示，声表面波谐振单元20包括：声表面波谐振器21。
43.声表面波谐振器21的第一端与输入端子30连接，声表面波谐振器21的第二端与输
出端子40连接。
44.具体地，声表面波谐振器21主要利用压电材料的压电特性，对输入的电信号进行电-声-电的信号转换过程。声表面波谐振器21连接于声表面波滤波器的输入端子30与输出端子40之间。当电信号由输入端子30输入后，通过声表面波谐振器21中的输入换能器转换成表面声波，发生机械振动。其中，频率与声表面波谐振器21的谐振频率相同的机械振动沿压电材料表面向输出端子40一端传播，并在输出端通过输出换能器，将传输的特定频率的机械振动转换为电信号，由输出端子40输出；而频率与声表面波谐振器21的谐振频率不同的机械振动则不能沿压电材料表面传播，由此，声表面波谐振器21可实现对特定频率的电信号进行传输以及对无用频率的电信号进行滤除。因此，在声表面波滤波器的输入端子30与输出端子40之间增加声表面波谐振器21，可增大通带的带外近端位置处的陡降，增大滚降斜率，提高了声表面波滤波器的带外抑制能力，避免传输信号被其他频率的信号干扰，提高传输信号的品质。
45.可选的，在上述实施例的基础上，声表面波谐振单元20的谐振频率位于声表面滤波器靠近通带最大值的邻带频率范围内。
46.具体地，当声表面波谐振单元20为声表面波谐振器21时，声表面波谐振器21的谐振频率即为声表面波谐振单元20的谐振频率。声表面波谐振器21的谐振频率可根据实际应用的需要，设置为任意频率值。邻带频率是与主信道通带范围的两侧紧邻的信道频率范围。优选的，将声表面波谐振器21的谐振频率设置于声表面滤波器靠近通带最大值的邻带频率范围内，可使通带高频侧在邻带频率范围内的陡降增大，减弱邻信道信号对主信道传输的信号的干扰；并且，声表面波谐振器21在通带高频侧的邻带频率范围内形成额外的传输零点，增加了新的谐振峰，从而扩宽了声表面波滤波器的通带带宽。
47.示例性地，图3是本发明实施例提供的声表面波滤波器的插入损耗特性曲线图。示例性地，可将声表面波谐振器的谐振频率设置为1.03ghz。如图3所示，虚线100是对于传统滤波电路测试得到的传输信号的插入损耗特性曲线；实线200是对于本实施例提供的声表面波滤波器测试得到的传输信号的插入损耗特性曲线。
48.由图3可知，虚线100表示的传统滤波电路在通带低频一侧，即0.99-0.98ghz范围内，信号的插入损耗出现陡降，则表明在低频侧，传统滤波电路的带外抑制效果较好；而在通带的高频一侧，即1.02ghz的频率处，传输的信号强度开始出现缓慢衰减，且信号强度的衰减过程由1.02ghz持续至略大于1.04ghz的频率处。在1.02-1.04ghz的频率范围内，带内传输信号的信号强度减弱，容易受到相同频率的其他信号的影响，信号质量下降。而在实线200表示的本实施例提供的声表面波滤波器中，通带低频一侧的带外抑制效果仍较好，并且在通带高频一侧，由于谐振频率为1.03ghz的声表面波谐振器的作用，使得在通带边缘的1.028-1.03ghz的频率范围内，信号的插入损耗的陡降趋势增大，即滚降斜率增加。因此，在输入端子与输出端子之间连接声表面波谐振器，可实现提高通带边缘部分的信号质量，同时也可扩展通带的带宽，即将带宽由0.988-1.02ghz的频率范围扩宽至0.988-1.028ghz的频率范围。
49.图4是本发明实施例提供的声表面波滤波器的导纳特性曲线图。需要说明的是，电导纳是用于描述交流电通过电路的困难程度，电导纳由电导和电纳组成，电导纳是一个向量，包括实部和虚部。其中，电导纳的实部表示电导，电导值越高，表示电荷越容易通过。如
图4所示，虚线101为传统滤波电路的导纳特性曲线，实线201为本实施例提供的声表面波滤波器的导纳特性曲线。实线201在大约1.028ghz的频率处新增了一个谐振峰，电导值较高，则表明该声表面波滤波器可接收频率为1.028ghz的电信号。因此可表明，在输入端子与输出端子之间连接声表面波谐振器可增加声表面波滤波器的带宽。
50.可选的，图5是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图5所示，声表面波谐振单元20包括至少两个声表面波谐振器21，至少两个声表面波谐振器21串联连接。
51.位于首端的声表面波谐振器21的第一端连接于输入端子30，位于末端的声表面波谐振器21的第二端连接于输出端子40。
52.具体地，连接在输入端子30与输出端子40之间的声表面波谐振器21可以为一个或多个，当连接多个声表面波谐振器21时，多个声表面波谐振器21之间可以是串联连接关系，也可以是并联连接关系。示例性地，在本实施例中，图5示出了两个声表面波谐振器21为串联连接关系的声表面波滤波器的结构。串联连接的两个声表面波谐振器21，位于首端的声表面波谐振器21的第一端连接于输入端子30，位于首端的声表面波谐振器21的第二端连接于位于末端的声表面波谐振器21的第一端，位于末端的声表面波谐振器21的第二端连接于输出端子40。
53.图6是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的插入损耗特性曲线。如图6所示，虚线102为传统滤波电路的信号插入损耗特性曲线，实线202是本实施例提供的声表面波滤波器的信号插入损耗特性曲线。由此可见，串联两个谐振频率不同的声表面波谐振器21也可使通带边缘过渡区的信号插入损耗的滚降斜率增大，从而提高声表面波滤波器在高频一侧的带外近端的信号抑制效果，提高传输信号的质量。但串联两个声表面波谐振器21，带内信号传输时在高频侧有较大的涟波，信号传输不稳定。因此，在输入端子与输出端子之间连接一个声表面波谐振器21，带内信号传输时的平稳性更高，信号质量更优。
54.由于两个谐振频率相同的声表面波谐振器21串联的效果与连接一个相同谐振频率的声表面波谐振器21的效果相同，因此，当声表面波谐振单元20为多个声表面波谐振器21时，将各声表面波谐振器21的谐振频率均设置于声表面滤波器靠近通带最大值的邻带频率范围内，彼此之间具有微小差别，则声表面波谐振单元20的谐振频率与多个声表面波谐振器21中最大的谐振频率相等。示例性地，可以将两个声表面波谐振器21的谐振频率设置为1.03ghz附近的两个不同数值，例如：可将两个声表面波谐振器21的谐振频率分别设置为1.028ghz和1.03ghz。图7是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的导纳特性曲线。如图7所示，虚线103是传统滤波电路的导纳特性曲线，实线203是本实施例提供的声表面波滤波器的导纳特性曲线。由此可见，串联两个声表面波谐振器21同样可扩宽声表面波滤波器的带宽。并且相比于连接一个声表面波谐振器21，串联两个谐振频率存在微小差别的声表面波谐振器21，可进一步将带宽由1.028ghz拓宽至1.03ghz，增加声表面波滤波器的带宽范围，扩宽可接收的有效信号范围。
55.可选的，在上述实施例的基础上，声表面波谐振单元20还包括：体声波谐振器。
56.体声波谐振器的第一端连接于输入端子30，体声波谐振器的第二端连接于输出端子40。
57.具体地，体声波谐振器连接于输入端子30与输出端子40之间，也具有允许特定谐
振频率的信号通过，滤除特定频率以外的所有信号的作用，实现提高声表面波滤波器在高频侧的带外近端的信号抑制效果。当声表面波谐振单元20为体声波谐振器时，体声波谐振器的谐振频率即为声表面波谐振单元20的谐振频率。示例性地，体声波谐振器可以包括薄膜体声波谐振器。与声表面波谐振器21不同的是，体声波谐振器是采用硅基板，借助微机电技术和薄膜技术制备而成的。因此，体声波谐振器的制备工艺相对较复杂，生产制备具有一定难度。
58.可选的，在上述实施例的基础上，声表面波谐振单元20还包括：谐振电路，谐振电路的第一端连接于输入端子30，谐振电路的第二端连接于输出端子40。具体地，谐振电路呈现电阻性，具有选频能力，可将特定频率的电信号保留，并将特定频率以外的电信号滤除，从而提高电信号的质量，减少其他信号产生的杂讯或干扰。
59.谐振电路可以包括串联谐振电路221和并联谐振电路222。示例性地，图8是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图。如图8所示，谐振电路包括电感器2202、电容器2203和电阻2201，电阻2201的第一端作为谐振电路的第一端，电阻2201的第二端与电感器2202的第一端电连接，电感器2202的第二端与电容器2203的第一端电连接，电容器2203的第二端作为谐振电路的第二端，构成串联谐振电路221。当声表面波谐振单元20为串联谐振电路221时，串联谐振电路221的谐振频率即为声表面波谐振单元20的谐振频率。
60.图9是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图。如图9所示，电阻2201的第一端、电感器2202的第一端和电容器2203的第一端均作为谐振电路的第一端，电阻2201的第二端、电感器2202的第二端和电容器2203的第二端均作为谐振电路的第二端，构成并联谐振电路222。当声表面波谐振单元20为并联谐振电路222时，并联谐振电路222的谐振频率即为声表面波谐振单元20的谐振频率。
61.对电感器2202和电容器2203的参数进行调节，使串联谐振电路221的谐振频率或者并联谐振电路222的谐振频率位于通带高频侧的邻带频率范围内，从而使通带高频侧的通带与阻带之间的过渡区的滚降斜率增大。因此，提高了声表面波滤波器在通带高频侧的带外近端的信号抑制效果。但需要说明的是，谐振电路相比于声表面波谐振器，品质因数较小，信号的能量损耗较大，并且谐振电路的体积较大，不利于实现节省电路空间的效果。
62.可选的，图10是本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的结构示意图。在上述实施例的基础上，如图10所示，该声表面波滤波器还包括压电基板，声表面波元件10包括：至少三个奇数个的叉指换能器11和反射器12。
63.至少三个叉指换能器11沿第一方向排布，叉指换能器11包括多个电极指；多个电极指沿第二方向延伸，沿第一方向排布，其中，第一方向为声表面波信号在压电基板上的传播方向，第二方向与第一方向正交；
64.反射器12设置于多个叉指换能器11沿第一方向上的两侧，反射器12包括多个电极指，多个电极指沿第一方向排布，沿第二方向延伸。
65.具体地，声表面波滤波器包括奇数个叉指换能器(interdigital transducer，idt)11，且最少为3个。奇数个叉指换能器11沿第一方向排成一列，且连接方式呈中心对称的形式。示例性地，位于中心位置的叉指换能器11的一端与输入端子30电连接，另一端接地；与中心位置的叉指换能器11相邻的两侧排列的叉指换能器11的一端与输出端子40电连
接，另一端接地。呈中心对称的连接方式进行排列的奇数个叉指换能器11可避免局部出现微小波动的问题，改善声表面波滤波器通带内的插入损耗。
66.奇数个叉指换能器11中包含发射换能器和接收换能器。每个叉指换能器11包括多个电极指，电极指的数量不作具体限定。电极指延伸的方向为第二方向，则电极指延伸的方向与信号传播的方向正交。
67.声表面波滤波器依据压电基板产生的压电效应传播电信号。当电信号输入发射换能器后，发射换能器中的相邻电极指之间产生电位差，从而在输入电极指间形成电场，使压电基板发生机械振动，并以表面声波的形式沿第一方向传播。当表面声波传输至接收换能器时，由于压电效应会在接收换能器的电极指之间产生电荷，从而输出交变电信号，实现信号的筛选与传输。
68.声表面波元件10中还包括反射器12，设置于奇数个叉指换能器11沿第一方向排布的两侧，可进一步抑制通带内信号的微小波动的产生，提高带内信号传输的平稳性。
69.本发明实施例还提供一种多工器。图11为本发明实施例提供的一种多工器的结构示意图。如图11所示，该多工器包括本发明任意实施例提供的声表面波滤波器50。
70.多工器中包含至少两个声表面波滤波器50，且具有一个输入端口和至少两个输出端口。示例性地，参见图11，多工器包括输入端口in和n个输出端口，分别为out1、out2
……
outn。每个声表面波滤波器50串联于输入端口in与任意一个输出端口之间，例如，声表面波滤波器50串联于输入端口in与输出端口out1之间，或者声表面波滤波器50串联于输入端口in与输出端口out2之间。该多工器包含本发明任意实施例提供的声表面波滤波器50，因此，该多工器具有声表面波滤波器50的有益效果，即该多工器增大了通带高频侧与阻带之间的过渡区域的滚降斜率，提高了带外近端的信号抑制能力，有效防止了其他信号的干扰，并且增加了声表面波滤波器50的工作带宽。
71.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。