具有减少的板模式的电声滤波器的制作方法

本申请案主张2016年7月29日申请的第102016114071.6号德国专利申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。

背景技术：

本发明涉及具有减少的因板模式而导致的扰动的电声滤波器、具有此类滤波器的双工器，以及用于创建此类经优化滤波器的程序。

电声滤波器较适合用作现代通信设备中的hf滤波器，且具有压电材料和连接到所述压电材料的电极。此类滤波器包含共振器，在将hf信号施加在电极上后，通过所述共振器，基于压电效应，这即刻在hf信号与声波之间转换。因此，在压电材料中或在其表面上传播声波。

电极结构之间的空间距离以及波速度基本上确定换能器的操作频率。温度变化是成问题的，因为它们可修改确定操作频率的参数(例如距离、波速度)。举例来说，如果滤波器中的共振器互连到带通滤波器，那么温度变化将导致通带的中心频率的移位。因为规范对滤波器的性能强加严格的要求，因此温度变化可容易导致不满足所述规范。

补偿温度所导致的频率漂移的可能性在于使用所谓的温度补偿层，例如saw换能器(saw＝表面声波)的表面上的二氧化硅层。

然而，此类温度补偿层通常修改换能器的声学效果，使得额外和非所要电声学扰动，例如板模式，可在换能器系统中传播，且与规范的遵从性也变得困难。板模式是沿所要声学模式的传播方向传播的声学模式，且通常具有高于所要模式的频率的频率。

通过温度补偿层的厚度的变化，板模式的频率可移位到较不重要的范围。然而，随着一件通信设备的额外功能的增加，较不重要频率的范围减小，且与最佳层厚度的偏差意味着温度补偿的减少。

板模式的频率也可因为例如saw共振器上的电极指的指之间的距离的局部变化而移位。

伴随此类变调的带宽降级也是成问题的。

用于禁止不想要的频率分量的频带抑制器的使用例如从第8.125.300号美国专利已知。

因此，存在对温度补偿式电声hf滤波器的要求，其中通过维持滤波器的剩余电声聊天来减少板模式所造成的扰动。当一件通信设备必须操作若干频带，例如为了lte载波聚合时，此类滤波器是必需的，或发送与接收频带之间的带隙相对较大。

对应的电声滤波器以及用于制造电声滤波器的程序必须取自独立权利要求。附属权利要求指定有利实施例。

具有板模式的减小的刺激强度的电声滤波器包含具有两个或更多个部分电声换能器的换能器系统。在换能器系统中，所要模式是能够传播。换能器系统的静态容量对应于分路换能器的静态容量的总和。每一分路换能器具有比换能器系统低的所要模式的电声耦合。所述换能器系统的板模式的电声耦合对应于分路换能器的板模式的电声耦合。电声分路换能器优选并联连接。

识别以下出人意料的关系：在分离分路换能器中的电声换能器，使得分路换能器的刺激电极结构(例如在saw换能器的情况下，电极指)的数目与原始换能器相比减小后，刺激强度和电声耦合的强度也减小。伴随地，刺激最大值与分离度成比例地传播。因此，所要模式的耦合和板模式的耦合相应地减少。倘若电声分路换能器电连接，正如刺激电极结构的总和对应于原始转换器的电极结构的数目，且换能器系统具有与原始换能器相同的静态容量，所要模式的电声耦合恢复。伴随地，非所要板模式的电声耦合保持在单个分路换能器的显著较低电平。

在几乎不变的所要电声交谈下，非所要板模式的刺激强度因此显著减小。

有可能具有n＝2、3、4、5、6、7、8或更多个电声分路换能器。此处n给出换能器系统的分离度，且确定非所要板模式的耦合在不变的所要声学交谈下减小的因子。

有可能且优选以均匀模式进行将换能器分成若干分路换能器，即分路换能器具有相同的面积、相同孔径和相同的指长度。

有可能具有saw换能器或gbaw换能器(gbaw＝受引导体声波)作为分路换能器。

换能器系统有可能用具有与替换换能器相同的静态容量的换能器系统来替换单个换能器。另外，替换单个换能器的换能器系统具有与单个换能器相同的所要模式的电声耦合。然而，换能器系统代替具有板模式的电声耦合的n倍的单个换能器。

有可能，电声分路换能器中的每一者具有相等数目的电极指。

有可能电声分路换能器中的每一者具有相同的静态容量。

此外，电声滤波器有可能提供电感元件。倘若存在若干换能器系统，那么所述电感元件串联或并联连接到换能器系统或换能器系统中的一者。

电感元件与换能器或代替换能器的换能器系统的互连可导致换能器的导纳(导电性)中的额外空白点或额外极点。尤其，串联连接可在换能器或换能器系统上呈现额外极点。分别与换能器或换能器系统的并联以及电感可呈现导纳的额外空白点。

额外空白点或额外极点为hf滤波器的开发者提供专门抑制处于空白点或极位置的范围内的频率的可能性。因此，即使对于被上述换能器系统代替的换能器，也有可能通过空白点或极位置的目标放置来再现板模式所导致的无害残差干扰。

电声滤波器可含有所谓的梯型滤波器电路的基本元件。梯型滤波器电路具有互连在信号路径中的串联共振器，以及并联共振器互连，以将信号路径中的各种电路节点接到接地。梯型电路的元件具有串联谐振器和并联谐振器。通过此类元件的串联电路，可容易地实现带通滤波器或陷波滤波器。电声共振器具有在其下导纳非常高的谐振频率，以及具有较低导纳的反谐振频率。在带通滤波器处，串联和并联共振器匹配，使得从根本上，并联谐振器的反谐振频率与串联谐振器的谐振频率匹配。在陷波滤波器的情况下，从根本上，串联滤波器的反谐振频率对应于并联谐振器的谐振频率。

因此，谐振频率从根本上产生导纳的极点，而反谐振频率产生导纳的空白点。

归因于将额外杆点添加-尤其到并联共振器-且将空白点分别添加尤其到串联共振器的发射行为的可能性，可抑制非所要模式，显著高于或低于通带频率或阻带。

因此，有可能将换能器系统或其余换能器互连到信号路径，并将电感元件并联连接到此类换能器系统或换能器。或者或另外，有可能分别将换能器系统或换能器互连到并联路径，且将电感元件串联连接到换能器系统或换能器。

在第一情况下，使用电感元件来实现额外极点。在第二情况下，用电感元件来实现导纳中的额外空白点。

还可能并联连接电感元件，并创建导纳的额外空白点，和/或将电感元件串联连接到换能器系统，并获得额外导纳极点。

有可能换能器系统为在换能器之间具有至少一个声学反射器的多栅极谐振器。多栅极谐振器因此是具有互连反射器的多端口谐振器，以便补偿对分裂成分路换能器的换能器系统中的表面的较高需要。

反射器减小分路换能器的可能距离，这可在无反射器的情况下导致声学扰动。

有可能上述电声滤波器是双工器的一部分，例如发送滤波器的一部分或接收滤波器的一部分。

此外，发现不是hf滤波器的任何电声换能器都关于板模式的刺激同等地不利。增加的表面要求的主要缺点因此可在具有尤其高扰动输入的电声换能器处受限。因此，用于获得电声滤波器的程序包含以下步骤：

-个别换能器的关于板模式的电声耦合强度的分析，

-用具有并联连接的至少两个分路换能器的换能器系统来代替具有板模式的最高电声耦合强度的换能器，其中换能器系统的板模式的电声耦合强度限于分路换能器中的一者的板模式的电声耦合强度。

替代的程序包含以下步骤：

-个别换能器的关于板模式的电声耦合强度的分析，

-将串联或并联电感添加到并不具有板模式的最高电声耦合强度的换能器。

通常，并不尝试用电感来抑制换能器的板模式。原因是换能器的导纳经受处于板模式的范围内的强变化，且所要行为(极/空白点)不是稳定的。因此，更喜欢使另一换能器与并联或串联连接的电感配合，并选择电感使得极点(在具有并联电路的换能器的情况下)或空白点(在具有串联电路的换能器的情况)放置成使得滤波变换器功能中的重要换能器的板模式表现为显著减小。

减少板模式所导致的扰动的可能性可组合使用。

上述滤波器可具有带温度补偿层(例如，二氧化硅)的换能器。避免或至少充分减弱额外温度补偿层所导致的扰动。此类滤波器的典型应用领域是移动无线电滤波器、无线-lan应用和gps接收器。

在saw换能器中或gbaw换能器中，存在周期性地连接、交错的电极指，其施加到压电材料且交替地互连到两个汇流条。

非所要的板模式具有显著区别于滤波器的通带或阻带的中心频率的频率分量。在显著在滤波器的此频率范围之外的频率下，电声换能器充当电容性元件。作为电容性元件，互连到电感的换能器分别形成串联振荡电路或并联振荡电路。其谐振频率或反谐振频率分别导致额外空白点或极点的创建。

在跨模拟和物理上执行的测试设定的良好和谐性中确认hf滤波器的导纳的出人意料的改进。

基于示意性图来进一步阐述电声滤波器及其操作模式和电气交谈以及本发明的执行实例。

附图说明

图1：将换能器分隔成具有分路换能器的换能器系统，

图2：将换能器分隔成多栅极谐振器，

图3：电感元件与串联谐振器的并联电路，

图4：电感元件与并联谐振器的并联电路，

图5：在并联谐振器的伴随串联电路处具有串联谐振器的电感元件与在并联路径中的电感元件的并联电路，

图6：具有板模式的减小的刺激强度的改进的电声滤波器与常规滤波器的比较，

图7：常规谐振器与分别并联或串联互连到电感元件的谐振器的比较，

图8：具有一个或两个电感元件的改进的电声滤波器与常规电声滤波器的比较。

图1示出其中换能器分成具有分路换能器tw的换能器系统ws的布局。换能器本身是滤波器的一部分，其中三个换能器是邻接的。对应地，滤波器具有三个换能器系统ws，其各自具有九个分路换能器。换能器分隔成分路换能器的程度因此是n＝9。因此，板模式的刺激强度基本上减小到原始换能器的刺激强度的九分之一，其它电声交谈保持相等。

图2示出作为多端口谐振器的分路换能器的实例。将原始换能器分成四个分路换能器。

常规声学元件由两个反射器和换能器本身构成。反射器将声波限于换能器区域。两个常规换能器因此总共具有四个换能器。

倘若按照上文来分隔换能器，那么产生n个分路换能器和2n个反射器。因此，可用单个反射器来代替两个邻接反射器，节省因此放在昂贵的压电单晶上。在两个分路换能器之间，因此仅放置一个反射器。为了减少反射器的数目且因此节省位置，那么所有分路换能器可放入一行中。在分路换能器的情况下，因此仅必需存在n+1个反射器，而不是2n个。

图3示出hf滤波器f的梯型滤波器电路的元件，串联谐振器sr在信号路径中互连到所述元件。将并联谐振器pr放入并联路径中，其将信号路径互连到接地。取决于串联谐振器sr和并联谐振器pr的分别谐振频率或反谐振频率如何彼此匹配，这形成带通滤波器或陷波滤波器的元件。电感元件ie、电感，例如制作为多层衬底或smd线圈中的金属化的线圈，与串联谐振器sr并联互连，且产生导纳的额外空白点。

图4示出将电感元件ie串联互连到信号路径与接地之间的并联谐振器以便实现导纳的额外极点的可能性。

图5示出将与串联谐振器sr并联的电感元件ie和串联的电感元件ie两者互连到并联谐振器pr，以便实现导纳的额外极点和额外空白点两者的可能性。

图6示出呈对数表示的频率相关发射(矩阵元件s21)。显著高于滤波器的通带pb，常规带通滤波器的曲线1具有板模式pm所导致的增加发射的范围。与之相比，曲线2呈现具有代替重要换能器的换能器系统的模拟电声滤波器的发射。在板模式范围内，发射显著减小，使得频率范围的规范显著更容易维持在通带之外。

当用换能器系统来代替换能器时，通带范围内的导纳路线几乎不变。

图7示出常规谐振器1'的频率相关导纳。曲线2'示出电感串联连接到的同一换能器的导纳。曲线3示出曲线1'的谐振器与电感的并联电路的导纳。谐振器的串联电路的导纳和电感率具有额外极点。谐振器与电感的并联电路的导纳具有额外极点。

图8示出带通滤波器中的额外电感元件的效应。虽然通带pb范围内的各种滤波器配置的裸片导纳是半不变的，且曲线1"示出不具有额外电感的滤波器的导纳，曲线2"示出滤波器的导纳，其中电感与寻找信号方向的第一串联换能器并联互连。通过电感值的选择来放置额外空白点，使得其在并联共振器的板模式范围内具有约2150mhz。曲线3"示出滤波器的导纳，其中电感串联连接到并联换能器。在约2250mhz下，额外极位于串联换能器的板模式的区中。曲线4"示出滤波器的导纳，其中电感串联连接到并联换能器，并且电感并联连接到串联换能器。对应地，可在并联和串联换能器中抑制非所要板模式。

用于创建滤波器的电声滤波器、双工器和程序不受所描述的交谈和执行实例限制。还包含具有额外电路元件(例如额外共振器或额外电感和电容元件)的滤波器。

参考标记列表

1，1'，1"：频率相关导纳

2，2'，2"：频率相关导纳

3，3'：频率相关导纳

4：频率相关导纳

as：声学迹线

f：hf滤波器

ie：电感元件

mtw：多栅极换能器，多端口谐振器

pb：通带

pm：板模式

pr：并联谐振器

r：反射器

s21：矩阵元件

sr：串联谐振器

tw：分路换能器

w：换能器

ws：换能器系统