具有两个压电层的结构和操作滤波器装置的方法

专利名称：具有两个压电层的结构和操作滤波器装置的方法
技术领域：
本发明涉及高频滤波器结构的领域。例如从US5910756已知一些滤波器装置，它们包括具有两个压电层和三个电极的层叠结构。两个压电层的第一压电层位于三个电极中第一电极(下电极)和三个电极中第二电极(中间电极)之间。两个压电层的第二压电层位于所述中间电极和第三电极(上电极)之间。这种组件是传统的压电型体声波谐振器(BAWR)，在例如移动无线电话中用作滤波器结构。在这类应用中，这些已知的滤波器装置总是配置成用于单一频带上的接收和发射。因此使用适合于例如GSM900标准(GSM＝全球移动通信系统)的高频滤波器。而其他一些滤波器则配置成用于DCS-1800标准(DCS＝数字蜂窝系统)。
本发明的目的是为可以用于若干频率范围的滤波器装置提供基于压电层的结构，并提供操作滤波器装置的方法。
按照本发明，此目的是通过独立权利要求1和6来实现的。
本发明相对于先有技术的主要优点在于提供这样的可能性将具有压电层的层结构用于若干频率范围而层结构可不做任何改变。有可能用简单而低廉的方式利用电路装置将层结构用于使在各种频率范围内的接收和发射成为可能的滤波器装置。将这种滤波器装置结合到发射/接收装置(例如移动无线电话)中，就可降低所需电子元件的费用。建造一个用于各种频带的发射/接收装置，就不再需要使用各自只适合于特定频带的若干滤波器。
本发明的另一个有用的实施例提出用于在一种开关状态和另一种开关状态之间转换的电路装置包括有源电子元件。从而提供了以电路技术方面的低费用在各种开关状态之间转换的可靠的可能性。
用于实现电子元件的高度集成的本发明的最佳实施例提出用于在一种开关状态和另一种开关状态之间转换的电路装置包括微机械开关。
在本发明的另一个优选实施例中，可以实现频带之间的简单转换，方法是用具有高电磁耦合常数的材料制成所述两个压电层。可以有利地用作具有高电磁耦合常数的材料是氮化铝(AlN)，氧化锌(ZnO)，掺镧锆钛酸铅PbLayZrxTi1-xO3(0≤x≤1；0＜y≤0.2)，或铌酸钾KnbO3，或其他具有高机电耦合常数的压电或铁电材料。
可以在两个频带之间转换并包括有两个体声波谐振器的双工滤波器可以在具有两个压电层和三个电极的层结构的基础上构成。可以利用若干层结构的适当互连将TX和RX支路调谐到不同的频率范围(例如，900MHz和1800MHz)。
以下参考实施例和附图更详细地说明本发明，附图中

图1示出具有两个压电层和三个电极的层结构；图2示出用于一个频带的图1层结构的电路；图3示出用于不同频带的图1层结构的电路；图4示出用于另一个频带的图1层结构的另一种电路的可能性；以及图5用图解法示出与滤波器装置相关联的若干双频带体声波谐振器的互连。
图1示出一种层结构1，其中压电层2位于上电极3和中间电极4之间。另一个压电层5位于中间电极4和下电极6之间。
层结构1可以用作体声波谐振器(BAWR)，后者用于通过适当的连接与上电极3和/或中间电极4和/或下电极6连接的电路装置。按照图2，有可能通过经由上或下电极3、6引入高频信号而在层结构1中产生第一状态，其中，由图2的层结构1形成的滤波器装置具有第一谐振频率。用图2右侧图解表示的粒子偏转(particledeflection)来表征所述第一谐振频率。例如这可能是用于900MHz频带的谐振频率。
图3和图4示出层结构1的电路可能性，其结果是由此形成的体声波谐振器具有以下特征通过经由电极3、4和/或6引入适当的信号而具有不同频率范围(例如1800MHz频带)的谐振频率。
在图3中，中间电极4和下电极3可以连接到待引入的信号的信号源。图3中用图解法示出在层结构1中产生的驻波。当上电极3，中间电极4和下电极6以图4所示的方式连接到输入信号源时，产生类似形式的驻波。
不论使用的开关数是多少，层结构1可以借助于开关在一种工作状态(其中用作滤波器的层结构1以图2的驻波为特征)和另一种工作状态(其中用作滤波器的层结构1以图3或图4的驻波为特征)之间转换。这样，仅仅通过操作一个或若干开关，对层结构可不作任何改变，利用层结构1形成的滤波器装置就可以使用在若干频带。这里用的开关可以例如是通常基于硅技术的微机械开关。这类开关也称为微电子材料(MEM)微开关。
用于压电层2、5的具有高电磁耦合常数的特别适合的材料是氮化铝(AlN)，氧化锌(ZnO)，掺镧锆钛酸铅PbLayZrxTi1-xO3(0≤x≤1；0＜y≤0.2)，KnbO3，或其他具有高电磁耦合常数的压电或铁电材料。这种材料的高电磁耦合常数对于应用具有能提供较大滤波器带宽的优点。可以用以下材料形成所述各压电层Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，Pb(Sc1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，Pb(Zn1/3Nb2/3)1-x-y(Mn1/2b1/2)xTiyO3(0≤x≤1，0≤y≤1)，Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3，Sr3TaGa3Si2O14，K(Sr1-xBax)2Nb5O15(0≤x≤1)，Na(Sr1-xBax)2Nb5O15(0≤x≤1)，BaTiO3，(K1-xNax)NbO3(0≤x≤1)，(Bi，Na，K，Pb，Ba)TiO3，(Bi，Na)TiO3，Bi7Ti4NbO21，(K1-xNax)NbO3-(Bi，Na，K，Pb，Ba)TiO3(0≤x≤1)，a(BixNa1-x)TiO3-b(KNbO3-c)(Bi2O3-Sc2O3)(0≤x≤1，a+b+c＝1)，(BaaSrbCac)TixZr1-xO3(0≤x≤1，a+b+c＝1)，(BaaSrbLac)Bi4Ti4O15(a+b+c＝1)，Bi4Ti3O12，LiNbO3，La3Ga5.5Nb0.5O14，La3Ga5SiO14，La3Ga5.5Ta0.5O14，and PbZrxTi1-xO3(0≤x≤1)，以上化学成分或掺有或不掺有掺杂剂La，Mn，Fe，Sb，Sr，Ni或这些掺杂剂的组合。
图5示出若干双频带体声波谐振器10，11，12，13的组合，它们各自利用图1的层结构形成。多个双频带体声波谐振器10，11，12，13的中间电极10a，11a，12a，13a和相应的另一电极10b，11b，12b，13b连接到相应的开关14，15，16，17。多个双频带体声波谐振器的结构连接到天线A。借助于双频带体声波谐振器10，11，12，13(双工器功能)形成滤波器装置的发射(Tx)和接收(Rx)支路。滤波器装置可以在两个频率范围之间转换，即滤波器装置也有双工滤波器功能。为了使所述滤波器装置工作在图5所示的频带，应当使所有开关14，15，16，17处在开关位置(“1”)。当开关14，15，16，17处在另一开关位置(“2”)时，所述滤波器装置工作在不同的频带。
上述说明书、附图和权利要求书中公开的本发明的特征，不论单独地还是以任何组合形式，对于以各种实施例来实现本发明来说都是重要的。
权利要求
1.一种具有两个压电层(2，5)的结构，其中，所述两个压电层(2，5)之一(2)位于电极(3)和中间电极(4)之间，而所述两个压电层(2，5)中的另一层(5)位于另一电极(6)和所述中间电极(4)之间、以便形成体声波谐振器，其特点在于所述一个和另一个电极(3，6)以及所述中间电极(4)都连接到电路装置上、以便将高频信号加到所述两个压电层(2，5)中的至少一层上、使得当所述电路装置处于一种开关状态时所述体声波谐振器具有至少一种谐振频率、而当所述电路装置处于另一种开关状态时所述体声波谐振器具有不同于所述至少一种谐振频率的至少另一种谐振频率。
2.如权利要求1所述的结构，其特点在于用于在所述一种开关状态和所述另一种开关状态之间转换的所述电路装置包括有源电子元件。
3.如权利要求1所述的结构，其特点在于用于在所述一种开关状态和所述另一种开关状态之间转换的所述电路装置包括微机械开关。
4.如权利要求1到3中任一项所述的结构，其特点在于所述两个压电层(2，5)是用具有高机电耦合常数的材料形成的。
5.如权利要求4所述的结构，其特点在于所述两个压电层(2，5)是用AlN、ZnO、KNbO3或掺镧锆钛酸铅(PbLaxZryTi1-yO3)(0≤x≤1；0＜y≤0.2)制成的。
6.一种滤波器装置，其特点在于包括一个或若干个如权利要求1到5中任一项所述的结构(10，11，12，13)的。
7.如权利要求6所述的滤波器装置，其特点在于由所述若干个结构(10，11，12，13)形成可在两个频带之间转换的双工滤波器。
8.如权利要求7所述的滤波器装置，其特点在于包括所述若干个层结构中的至少两个层结构(12，13)的Tx支路以及包括所述若干个层结构中的至少其它两个层结构(10，11)的Rx支路。
全文摘要
本发明涉及具有两个压电层(2，5)的结构以及将此结构用作滤波器的方法。在此结构中，两个压电层(2，5)之一(2)位于电极(3)和中间电极(4)之间，两个压电层(2，5)中的另一层(5)位于另一电极(6)和中间电极(4)之间，以形成体声波谐振器。所述一个和另一个电极(3，6)以及所述中间电极(4)都连接到电路装置上，以便将高频信号加到两个压电层(2，5)中的至少一层上、使得当电路装置处于一种开关状态时体声波谐振器具有至少一种谐振频率、而当电路装置处于另一种开关状态时体声波谐振器具有不同于所述至少一种谐振频率的至少另一种谐振频率。
文档编号C04B35/49GK1465134SQ02802189
公开日2003年12月31日 申请日期2002年4月22日 优先权日2001年4月25日
发明者O·旺尼科, H·P·洛布尔, M·K·克里, R·F·米尔森 申请人:皇家菲利浦电子有限公司